la quimica en la vida cotidiana by Tatiana Diaz Ramos

ISBN: 978-84-362-5016-9

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9 788436 250169

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Concepción Barthèlemy González Pilar Cornago Ramírez Soledad Esteban Santos M.a Magdalena Gálvez Morros

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE EDUCACIÓN A DISTANCIA

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Quedan rigurosamente prohibidas, sin la autorización escrita de los titulares del Copyright, bajo las sanciones establecidas en las leyes, la reproducción total o parcial de esta obra por cualquier medio o procedimiento, comprendidos la reprografía y el tratamiento informático, y la distribución de ejemplares de ella mediante alquiler o préstamos públicos. © Universidad Nacional de Educación a Distancia Madrid 2013 www.uned.es/publicaciones © Concepción Barthèlemy González, Pilar Cornago Ramírez, Soledad Esteban Santos y M.a Magdalena Gálvez Morros ISBN electrónico: 978-84-362-6811-9 Edición digital: noviembre de 2013

ÍNDICE

Presentación ......................................................................................

BLOQUE TEMÁTICO I LA QUÍMICA EN EL HOGAR Y EN LA SALUD Tema 1. Química en la cocina (Pilar Cornago Ramírez) ...............

Introducción .......................................................................................

COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS .........................................

1.1. 1.2. 1.3. 1.4. 1.5. 1.6.

Aminoácidos, Péptidos y Proteínas .......................................... Lípidos ....................................................................................... Hidratos de carbono ................................................................. Agua ........................................................................................... Vitaminas .................................................................................. Minerales ...................................................................................

18 23 30 38 39 47

CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS DE LOS ALIMENTOS ........................................................................

1.7. 1.8.

Color .......................................................................................... Olor y sabor ...............................................................................

50 59

PRINCIPALES PROCEDIMIENTOS PARA LA ELABORACIÓN DOMÉSTICA DE LOS ALIMENTOS ................................................

1.9. Cortar y picar alimentos ........................................................... 1.10. Ácidos y bases en la cocina ...................................................... 1.11. Formas de conservar alimentos ...............................................

68 70 70

8 1.12. 1.13. 1.14. 1.15. 1.16. 1.17.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Cocinado, cocción o tratamiento culinario ............................. Cocción en medio acuoso ......................................................... Cocción en medio graso ........................................................... Cocción en medio gaseoso ....................................................... Microondas ............................................................................... Bibliografía ................................................................................

74 77 81 82 84 86

Tema 2. La Química y el vino (Concepción Barthèlemy González) 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6. 2.7. 2.8. 2.9. 2.10.

Orígenes del vino ...................................................................... Historia del vino en España ...................................................... Composición de la uva .............................................................. Definición general del vino ...................................................... La Enología ............................................................................... Elaboración de los vinos .......................................................... Técnicas de producción de vinos especiales ........................... Defectos y enfermedades del vino ............................................ Introducción a la cata ............................................................... Bibliografía ................................................................................

89 89 93 99 108 109 120 129 138 149

Tema 3. Medicamentos, Química y Salud (Soledad Esteban Santos) 3.1. Introducción .............................................................................. 3.2. Conceptos previos ..................................................................... 3.3. Breve historia de los fármacos ................................................. 3.4. Clasificación de los fármacos ................................................... 3.5. Cómo se nombran los medicamentos ...................................... 3.6. Mecanismo de acción de los fármacos .................................... 3.7. Producción de fármacos ........................................................... 3.8. Comentarios sobre algunos fármacos muy conocidos y frecuentes ....................................................................................... 3.9. Posibles aplicaciones didácticas .............................................. 3.10. Conclusiones ............................................................................. 3.11. Bibliografía ................................................................................

153 154 155 162 164 168 177 186 203 210 211

ÍNDICE

BLOQUE TEMÁTICO II LA QUÍMICA Y LA TECNOLOGÍA ALIMENTARIA Tema 4. La Química en la conservación y protección de los alimentos (M. Magdalena Gálvez Morros) 4.1. Introducción .............................................................................. 4.2. Definición y origen de los compuestos químicos que protegen y mejoran los alimentos ........................................................... 4.3. Legislación ................................................................................ 4.4. Colorantes ................................................................................. 4.5. Conservadores ........................................................................... 4.6. Antioxidantes ............................................................................ 4.7. Estabilizantes, espesantes, gelificantes, emulgentes y antiespumantes ................................................................................... 4.8. Acidulantes, basificantes y antiaglomerantes ......................... 4.9. Potenciadores del sabor ............................................................ 4.10. Edulcorantes ............................................................................. 4.11. Otros grupos de aditivos ...........................................................

217 219 221 223 231 237 244 251 253 253 266

Tema 5. La Química en la mejora de la calidad nutritiva de los alimentos (M. Magdalena Gálvez Morros) 5.1. El etiquetado nutricional .......................................................... 5.2. Alimentos mejorados en su calidad nutritiva .......................... 5.3. Contribución de la química a la creación de nuevos alimentos ....................................................................................... 5.4. Bibliografía ................................................................................

271 272 277 281

PRESENTACIÓN

Estamos rodeados de química. Y no ya sólo en cuanto a las materias primas y las grandes industrias relacionadas con esta ciencia, sino en cuanto a la multitud de productos manufacturados que utilizamos continuamente. Tales son los alimentos que ingerimos, las bebidas que tomamos, las ropas que vestimos o los medicamentos que consumimos. A estos podríamos añadir, detergentes, plásticos, materiales de construcción y tantos otros. En todos estos productos la química figura como artífice irreemplazable —en la mayoría de los casos— para su obtención, elaboración o mejora. La química está, pues, presente en nuestra vida cotidiana. De ahí el título de esta obra, pensada en un principio como texto base para un curso de igual nombre, perteneciente al Programa de Formación de Profesorado de nuestra universidad. El motor inicial que nos impulsó a presentar este curso fue el de que los contenidos correspondientes a un programa con este nombre podrían constituir, a nuestro juicio, un eficaz vehículo para facilitar la enseñanza y el aprendizaje de la química. Porque a los docentes les sugiere situaciones y estrategias para aproximar la química a los alumnos y a éstos últimos, en consecuencia, les proporciona la ocasión de sentir los contenidos tradicionales de química menos ajenos a su realidad. Con el mismo título y objetivos similares, cabrían diferentes alternativas, dos que podrían considerarse como casos extremos y entre las cuales evidentemente, se situarían diversas alternativas intermedias. Una de esas alternativas extremas consistiría en presentar un programa que expusiera un gran número de ejemplos de este tipo, es decir, de productos de nuestro entorno habitual relacionados con la química, aunque desarrollados con no demasiada profundidad. Otra alternativa sería la de seleccionar un número más reducido de esos ejemplos pero estudiando ahora cada uno más detalladamente y con mayor extensión.

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Nosotras, para la presente obra, hemos optado por la segunda de esas alternativas. Los ejemplos seleccionados han sido algunos de los que conectan la química con nuestro hogar. En este sentido se han tratado los alimentos, el vino —producto tan representativo de nuestra dieta mediterránea— y los medicamentos, distribuyendo los temas correspondientes en dos bloques temáticos. El primero de estos bloques, denominado «La química en el hogar y en la salud» tiene una dimensión más química mientras que la del segundo, «La química y la tecnología Alimentaría», como su mismo nombre indica, está más inclinada hacia los aspectos tecnológicos e industriales. El primer bloque comienza así por los alimentos desde la perspectiva de su elaboración «casera», es decir, en nuestra cocina (Tema 1: «Química en la cocina»), estudiando su composición química, características químico-físicas y procesos químicos que tienen lugar cuando estamos cocinando. En el tema siguiente, titulado «La química y el vino», se exponen las diferencias de los principales tipos de vinos, su origen y los métod os de su elaboración desde los básicas a los más sofisticadas para vinos especiales. En el Tema 3: «Medicamentos, química y salud» se señala la forma de nombrar los medicamentos, su clasificación más general y los efectos más significativos de algunos de ellos, en especial de los que son más conocidos y que con más frecuencia suelen encontrarse en nuestro botiquín. Llegamos así al segundo bloque, en el que se analizan aquellos procedimientos que han sido llevados a cabo con los alimentos que compramos y los aditivos que se han utilizado, con el fin de protegerlos, lograr su mejor conservación y aumentar su calidad. Todo ello se estudia a través de dos temas, «La Química en la conservación y protección de los alimentos» (Tema 4) y «La Química en la mejora de la calidad nutritiva de los alimentos» (Tema 5). Se analizan así tanto los tipos de colorantes, conservadores, antioxidantes o potenciadores de sabor como la contribución de la química a la creación de nuevos alimentos y a la mejora de los ya existentes. En definitiva, a pesar de esa perspectiva más tecnológica, se realiza este estudio siempre dentro del marco de la química. LAS AUTORAS

Bloque temรกtico I LA QUร MICA EN EL HOGAR Y EN LA SALUD

Tema 1 QUÍMICA EN LA COCINA Pilar Cornago Ramírez

ESQUEMA DE CONTENIDOS Introducción COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS 1.1. Aminoácidos, péptidos y proteínas 1.1.1. Aminoácidos 1.1.2. Péptidos y proteínas 1.2. Lípidos 1.2.1. Importancia y clasificación 1.2.2. Estructura y clasificación de los ácidos grasos 1.2.2.1. Ácidos grasos saturados 1.2.2.2. Ácidos grasos no saturados 1.2.3. Fosfolípidos, ceras y esteroles 1.2.4. Deterioro de los lípidos. Rancidez 1.3. Hidratos de carbono 1.3.1. Importancia 1.3.2. Clasificación 1.3.3. Monosacáridos 1.3.3.1. Propiedades y distribución en la naturaleza 1.3.4. Oligosacáridos 1.3.4.1. Lactosa 1.3.4.2. Maltosa 1.3.4.3. Sacarosa 1.3.5. Polisacáridos 1.3.5.1. Celulosa 1.3.5.2. Almidón 1.3.5.3. Glucógeno 1.4. Agua 1.5. Vitaminas 1.5.1. Contenido de vitaminas en los alimentos 1.5.2. Necesidades, distribución y estabilidad 1.6. Minerales

CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS DE LOS ALIMENTOS 1.7. Color 1.7.1. Clorofila 1.7.2. Carotenoides 1.7.2.1. Carotenos 1.7.2.2. Xantofilas 1.7.3. Antocianinas y flavonoides 1.7.3.1. Antocianinas 1.7.3.2. Flavonoides 1.7.4. Mioglobina y hemoglobina 1.7.5. Colorantes naturales usados en alimentación 1.8. Olor y sabor 1.8.1. Olor 1.8.1.1. Sustancias aromáticas típicas de algunos alimentos 1.8.2. Sabor 1.8.2.1. Sabor dulce 1.8.2.2. Sabor salado 1.8.2.3. Sabor ácido 1.8.2.4. Sabor amargo 1.8.2.5. Sabores picante y astringente 1.8.3. Mecanismos de producción de sabores y olores PRINCIPALES PROCEDIMIENTOS PARA LA ELABORACIÓN DOMÉSTICA DE LOS ALIMENTOS 1.9. Cortar y picar alimentos 1.10. Ácidos y bases en la cocina 1.11. Formas de conservar alimentos 1.11.1. Enfriamiento y congelación. 1.11.2. Escabeches 1.11.3. Salazones 1.12. Cocinado, cocción o tratamiento culinario 1.12.1. Propagación del calor — Conducción — Convección — Radiación 1.13. Cocción en medio acuoso 1.13.1. Cocción a reflujo 1.13.2. Baño María 1.13.3. Olla a presión 1.13.4. Cocción con evaporación controlada 1.14. Cocción en medio graso 1.15. Cocción en medio gaseoso 1.15.1. Asados al horno 1.15.2. Asados a la brasa 1.15.3. Asados a la plancha 1.16. Microondas 1.17. Bibliografía

INTRODUCCIÓN La química de los alimentos ha ido experimentando un desarrollo paulatino con el aporte de técnicas de obtención y procesamiento de alimentos provenientes de civilizaciones, como la egipcia, la griega, la romana, la azteca y otras. Ha sido, sin embargo en los últimos 20-30 años, y debido a la contribución de la biología y de la bioquímica, donde se ha producido el gran desarrollo de nuestra actual tecnología alimentaria. Podemos definir alimento como todo producto comestible o bebible que es factible de ser ingerido, absorbido por el organismo y utilizado para su correcto desarrollo. Los alimentos, como veremos en la primera parte del tema, contienen una serie de componentes básicos: proteínas, grasas, hidratos de carbono, vitaminas o sus precursores, agua y sales minerales, compuestos con una estructura química determinada y característica y cuya alteración puede provocar pérdidas de su valor nutritivo. La química de los alimentos está relacionada de forma muy directa con todas las transformaciones que sufren éstos a lo largo de las manipulaciones de las que son objeto. Aunque el hambre y en menor medida la sed son impulsos primarios que nos llevan a tomar alimentos, existen también otras sensaciones importantes relacionadas con los sentidos (vista, olfato, gusto y tacto) que despiertan nuestro apetito y nos inducen a comer. Las propiedades organolépticas de los alimentos, a las que dedicaremos la segunda parte de este capítulo, son también el resultado de la presencia de compuestos químicos con unos determinados grupos funcionales y a veces con una cierta estereoquímica, como podemos ver a continuación en el caso del limoneno.

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El isómero S del limoneno tiene olor a limón, mientras que el isómero R lo tiene a naranja

La atracción que el hombre experimenta por los aromas y perfumes no es nada nuevo, ya que si hacemos historia, recordaremos como los egipcios los utilizaban en cocina y medicina o como los imperios occidentales han luchado por conseguir el monopolio en el comercio de especias. Por otro lado el desarrollo de conservantes, estabilizantes, edulcorantes, etc., ha influido en la forma de preparar, envasar, almacenar y transportar alimentos, haciendo posible que podamos tener muchos de ellos en cualquier época del año y permitiendo el abastecimiento de la población en las grandes urbes. Esta misma tecnología ha permitido también disponer de gran cantidad de alimentos listos para el consumo, como: sopas de sobre, productos enlatados, hortalizas y verduras precocinadas, etc. Finalmente, añadir que durante el almacenamiento, manipulación, cocinado —al que dedicaremos la parte final del tema— o incluso como ocurre con algunas frutas durante el proceso de maduración en el propio árbol, se pueden producir cambios, unas veces fácilmente detectables y otras no, a veces deseados y otras no y que son debidos a reacciones químicas o enzimáticas.

COMPONENTES DE LOS ALIMENTOS 1.1.

AMINOÁCIDOS, PÉPTIDOS Y PROTEÍNAS

El ser humano para sintetizar distintas sustancias nitrogenadas, entre ellas las proteínas, ha de utilizar nitrógeno orgánico procedente de los péptidos presentes en su dieta. Las proteínas son un tipo de biopolímeros, cuyo nombre deriva del griego «ser primero», que forman parte del tejido conectivo y muscular de los animales y que desempeñan en el organismo humano funciones bio-

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lógicas características. Unas son estructurales: intervienen en la regeneración y formación de tejidos y otras son reguladoras: enzimas, hormonas o anticuerpos. Por otro lado los aminoácidos y péptidos contribuyen directamente al sabor de los alimentos y son precursores de los componentes aromáticos y las sustancias coloreadas que se forman en los procesos de obtención, preparación y almacenamiento de los mismos, por reacciones térmicas y/o enzimáticas. Las proteínas son capaces, además, de formar o estabilizar geles, espumas (por ejemplo en productos de panadería, dulces, postres y cerveza), masas como el gluten de la harina de trigo al absorber agua y emulsiones como leche, mantequilla y mahonesa (emulsiones de aceite en agua) que son esenciales para las propiedades físicas de los alimentos.

— Las emulsiones son sistemas dispersos de dos o más líquidos poco solubles o insolubles entre sí. Las proteínas, debido a su naturaleza anfipática, estabilizan las emulsiones. — La espuma generada al batir la clara de huevo (punto de nieve) se utiliza para introducir aire y así «esponjar los alimentos». En el batido la ovomucina (que se considera que tiene actividad biológica contra varios virus) forma en torno a las burbujas de aire una película de material insoluble, que estabiliza la espuma.

Debido a la dificultad que para muchos países en vías de desarrollo supone el conseguir alimentos ricos en estos nutrientes, como son los huevos, leche y carne, se están realizando estudios sobre el uso de proteínas no convencionales para consumo humano.

1.1.1.

Aminoácidos

Estos compuestos contienen en su molécula un grupo amino y un grupo ácido carboxílico. De todos los aminoácidos encontrados en la naturaleza (aprox. 200) sólo 20 funcionan como constituyentes básicos de las proteínas y muestran las siguientes características: — Son α aminoácidos (grupo carboxilo y amino situados en el carbono α).

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— Todos, excepto la glicina presentan como mínimo un C asimétrico que hace que existan dos formas (isómeros D y L) opticamente activas. — La isoleucina y la treonina contienen dos C asimétricos y por consiguiente cuatro estereoisómeros. — Todos los aminoácidos encontrados en las proteínas son de la serie L, lo que les hace susceptibles a la acción de las proteasas. En la naturaleza se han encontrado D-aminoácidos en bacterias como componentes de su pared celular y en ciertos antibióticos. Debido a la presencia de grupos carboxilo, amino y otros, los aminoácidos pueden estar cargados positiva o negativamente en función del pH del medio en el que se encuentren. Existe un estado químico —punto isoeléctrico (pI) o de doble ión— en el que la carga eléctrica neta es cero (mismo número de cargas + y –). Los aminoácidos, por tanto, pueden presentar tres estados en función del pH: • Forma catiónica ........ pH < pI • Carga cero ................. pH = pI • Forma aniónica ......... pH > pI La (Tabla 1.1) recoge la estructura de la cadena lateral de los 20 aminoácidos componentes de las proteínas, su pI, carácter hidrófilo o hidrófobo y condición de dispensable o indispensable. La letra mayúscula indicada como segunda abreviatura es la que se utiliza para escribir secuencias de aminoácidos. El carácter hidrófilo-hidrófobo está relacionado con su solubilidad en agua, es decir, con su capacidad para establecer enlaces de hidrógeno con estas moléculas. Finalmente, un aminoácido es indispensable cuando forzosamente ha de ser obtenido de la dieta, siendo por el contrario dispensable cuando puede sintetizarse en cantidad suficiente. En muchas partes del mundo donde hay carencia de proteínas, la adición de aminoácidos esenciales para mejorarlas es muy importante. Así en Japón, Tailandia y Túnez se refuerza el arroz por adición de L-lisina y L-treonina. También se utilizan aminoácidos sintéticos como componentes de algunas dietas utilizadas en viajes espaciales, estados pre y post operatorios, etc. Entre estos aminoácidos se encuentran la metionina, la lisina y sobre todo el ácido glutámico que se utiliza como potenciador del sabor en muchos alimentos.

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TABLA 1.1. Aminoácidos componentes de las proteínas Nombre

Abrev.

-R

Hidrófilo Hidrófobo

Glicina

Gly, G

-H

6,06

Alanina

Ala, A

-CH3

6,02

Indis.

Disp. X X

Valina

Val, V

-CH(CH3)2

5,97

Leucina

Leu, L

-CH2CH(CH3)2

5,98

Isoleucina

Ile, I

-CH(CH3)CH2CH3

6,02

Serina

Ser, S

-CH2OH

5,68

Treonina

Thr, T

-CH(OH)CH3

6,53

Ac. Aspártico

Asp, D

-CH2COOH

2,97

Asparraguina Asn, N

-CH2CONH2

5,41

X X

Ac. glutámico

Glu, E

-(CH2)2COOH

3,22

Glutamina

Gln, Q

-CH2CH2CONH2

5,65

Lisina

Lys, K

-CH2(CH2)3NH2

9,74

Arginina

Arg, R

Cisteína

Cys, C

-(CH2)3-NH-C=NH | NH2 -CH2SH

Metionina

Met, M

-CH2CH2-S-CH3

Fenilalanina

10,8 5,02

5,75

Phe, F

5,48

Tirosina

Tyr, Y

5,65

Triptófano

Try, W

5,88

Histidina

His, H

7,58

Prolina

Pro, P

* Indispensable para niños, no para adultos. ** Prolina es un iminoácido de fórmula

6,3

X* X

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1.1.2.

Péptidos y proteínas

La unión de los aminoácidos entre sí mediante un enlace amida (enlace peptídico) da lugar a la formación de péptidos y proteínas.

De acuerdo con el número de restos de aminoácidos 2, 3, 4, etc., se forman di, tri, tetrapéptidos, etc. Se consideran oligopéptidos los que contienen hasta 10 restos de aminoácidos. A los péptidos mayores se les denomina polipéptidos, desde los cuáles el paso a proteínas se produce sin solución de continuidad. Para la mayoría se considera el límite de un peso molecular de unos 10.000, es decir unos 100 restos de aminoácidos. Los péptidos se pueden producir en el tracto gastrointestinal durante la digestión de las proteínas por las enzimas proteasas o existir en estado natural como la carnosina, anserina o balenina (dipéptidos del músculo de vertebrados), las hormonas de la pituitaria posterior (oxitocina y vasopresina) o el tripéptido glutation, presente en cítricos y en la sangre y empleado como saborizante ya que en su degradación térmica produce compuestos con aroma similar al de la carne. Las proteínas, al igual que los péptidos, están formadas por aminoácidos enlazados mediante unión de tipo amida. El orden en que se encuentran unidos los aminoácidos en la cadena (estructura primaria) y de la que dependen la conformación de la molécula (estructuras secundaria y terciaria), es una propiedad controlada genéticamente y única para cada fracción por lo que el aprovechamiento biológico de una proteína debido a la especificidad de las enzimas digestivas, va a depender en gran medida de su secuencia. En muchos casos las proteínas forman agregados que tienen determinada geometría (estructura cuaternaria). Cuando se altera la conformación nativa (estructuras secundaria y terciaria) se habla de proteína desnaturalizada. La desnaturalización puede ser producida por cambios de temperatura, pH, adición de disolventes orgánicos, etc., y puede ser, en general: — reversible cuando la cadena peptídica sigue más o menos plegada por interacción con los agentes desnaturalizantes o

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— irreversible si la cadena peptídica desplegada se estabiliza por interacción intermolecular con otras cadenas peptídicas como ocurre en la cocción de los huevos (coagulación) donde la clara, gelatinosa y transparente se vuelve dura y blanca. Estas moléculas abiertas son atacadas fácilmente por enzimas contenidas en el propio alimento o en el estómago humano que las hidrolizan en sus aminoácidos. Por este motivo, la carne que ha sido sometida a algún proceso de cocción se digiere mejor que la carne cruda. Las proteínas pueden ser: — Simples u homoproteínas: cuando en su composición solo hay aminoácidos. Entre ellas está la insulina. — Conjugadas o heteroproteínas: las que además de aminoácidos poseen una fracción no proteica o grupo prostético. Entre ellos: • Metaloproteínas. Contienen un metal, Cu o Fe como la hemoglobina y la mioglobina, muy abundante en mamíferos buceadores como ballena, foca y morsa, cuyos músculos son tan ricos en mioglobina que presentan una coloración pardo oscura. • Glucoproteínas: unidas a hidratos de carbono, como el colágeno. • Lipoproteínas: unidas principalmente a fosfolípidos, colesterol y triglicéridos. • Fosfoproteínas como la caseína de la leche, que contiene ácido fosfórico esterificado con restos de serina. • Nucleoproteínas: que se encuentran sobre todo en el material genético de muchas células.

1.2. 1.2.1.

LÍPIDOS Importancia y clasificación

La palabra lípido viene del griego «lipos» que significa grasa. Se trata de un grupo de compuestos que contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, a veces también nitrógeno y fósforo y que integran cadenas hidrocarbonadas alifáticas o aromáticas. Los lípidos son, un grupo heterogéneo de sustancias, que tienen en común el ser solamente solubles en disolventes orgánicos e insolubles en agua pudiendo, debido a esto, separarse fácil-

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mente de proteínas e hidratos de carbono. Hay lípidos que son tensioactivos, por tener componentes con grupos hidrófilos. A estos compuestos, entre ellos los fosfoglicéridos y esfingolípidos (contienen en vez de glicerol, el aminoalcohol esfingosina) que se orientan espontáneamente con el grupo polar hacia el agua, se les puede clasificar como polares (anfifílicos), diferenciándolos así de los lípidos neutros o no polares. La importancia de los lípidos en relación con la nutrición estriba en su elevado valor energético (9 kcal/gramo) y en la presencia en ellos de ácidos grasos y vitaminas. Por ser poco conductores del calor son importantes aislantes naturales, lo que permite que el tejido adiposo mantenga estable la temperatura del organismo en animales y en el hombre. Además, tienen propiedades indispensables en la preparación de alimentos, como: — Sabor agradable. — Capacidad disolvente para sustancias aromáticas y sápidas. — Permitir preparar los alimentos en medio oleoso a temperaturas elevadas. — Contribuir a la textura y a las propiedades sensoriales del alimento. Algunos pueden actuar como emulsionantes y otros son pigmentos liposolubles. Se pueden encontrar principalmente en tejidos animales y semillas oleaginosas y excepcionalmente en alguna fruta como el aguacate. También en aceitunas y nueces. La clasificación de los lípidos se puede hacer basándose en alguna propiedad física o química: — En el carácter polar o apolar comentado anteriormente; — en su capacidad o no para producir jabones: saponificables o insaponificables o — en función de su estructura química (Tabla 1.2). TABLA 1.2. Clasificación de los lípidos A. Lípidos simples. Ésteres de ácidos grasos y alcoholes 1. Grasas y aceites. Ésteres de glicerol con ácidos monocarboxílicos. 2. Ceras. Esteres de alcoholes monohidroxilados y ácidos grasos. B. Lípidos compuestos. Lípidos simples conjugados con moléculas no lipídicas 1. Fosfolípidos. Diacilglicéridos que contienen una molécula de ácido fosfórico unida al glicerol (enlace ester) y a una base que puede ser nitrogenada como la colina, el aminoácido serina o un alcohol como el inositol. (Continúa)

QUÍMICA EN LA COCINA

(Continuación) 2. Glucolípidos. Compuestos de carbohidratos, ácidos grasos y esfingosinol, llamados también cerebrósidos. C. Compuestos asociados 1. Ácidos grasos libres (derivados de los lípidos simples). 2. Pigmentos. 3. Vitaminas liposolubles. 4. Esteroles. 5. Hidrocarburos

1.2.2.

Estructura y clasificación de los ácidos grasos

Las grasas y los aceites, formados casi en un 100% por triacilglicéridos (ésteres de ácidos grasos con glicerol), son los lípidos más abundantes en los alimentos. Por tanto, los ácidos grasos son los componentes más comunes de los lípidos que representan un interés en alimentación, debiéndose fundamentalmente a su presencia y concentración las diferencias de estabilidad, comportamiento, estado físico, etc., encontradas en grasas y aceites. Los ácidos grasos que comúnmente se encuentran en los alimentos (Tabla 1.3), son ácidos monocarboxílicos, saturados o insaturados, de cadena lineal, con un número par de átomos de carbono y que generalmente se encuentran esterificados formando los triacilglicéridos. TABLA 1.3. Ácidos grasos más comunes presentes en los alimentos Nombre sistemático

Nombre común

Estructura

Punto fusión °C

n-Butanoico

Butírico

4:0

–7,9

n-Hexanoico

Caproico

6:0

–3,4

n-Octanoico

Caprílico

8:0

16,7

n-Decanoico

Cáprico

10:0

31,6

Ácidos saturados

n-Dodecanoico

Láurico

12:0

44,2

n-Tetradecanoico

Mirístico

14:0

54,1

n-Hexadecanoico

Palmítico

16:0

62,7

n- Octadecanoico

Esteárico

18:0

69,6

n-Eicosanoico

Araquídico

20:0

75,4

n-Docosanoico

Behénico

22:0

79,9

(Continúa)

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

(Continuación) Nombre sistemático

Nombre común

Estructura

Punto fusión °C

Palmitoleico Oleico Linoleico Linolénico Araquidónico

16:1∆9 18:1∆9 18:2∆9,12 18:3∆9,12,15 20:4∆5,8,11,14

–0,5 10,5 –5,0 –11,0 –49,5

Ácidos insaturados cis-9-Hexadecenoico cis-9-Octadecenoico cis,cis-9,12-Octadecadienoico Todos-cis-9,12,15-Octadecatrienoico Todos-cis-5,8,11,14-Eicosatetraenoico Todos-cis-7,10,13,16,19-Docosapentenoico

Clupanodónico 22:5∆7,10,13,16,19

Su estructura puede indicarse de forma abreviada (Tabla 1.3) dando en primer lugar el número total de átomos de carbono, seguido de dos puntos, del n.o total de dobles enlaces y de las posiciones de los mismos precedidas del símbolo ∆. Los bajos puntos de fusión que caracterizan a los aceites están relacionados bien, con una alta proporción de ácidos grasos insaturados, como en el aceite de oliva y maíz, bien con una alta proporción de ácidos grasos de cadena corta, como en la leche y aceite de coco.

1.2.2.1.

Ácidos grasos saturados

Este grupo de compuestos lo integran ácidos de 4 a 24 átomos de carbono en los que el punto de fusión aumenta con el peso molecular; así a 25 °C los de C4-C8 son líquidos, mientras que los de números de C superiores a 10 son sólidos. Por el contrario, su solubilidad en agua es inversamente proporcional al peso molecular. Su estabilidad frente a procesos de deterioro (oxidación) es más alta que en los insaturados, aunque cuando las temperaturas son muy elevadas (por encima de 200 °C) como sucede cuando se fríen los alimentos, pueden sufrir reacciones de oxidación. En cuanto a su procedencia: el ácido láurico abunda en el aceite de coco, el palmítico en los lípidos de la palma, mientras que el butírico solo se encuentra en la grasa de la leche o la mantequilla y esto se aprovecha para cuantificar la presencia de grasa láctea en los productos o la adulteración de la misma. Los ácidos grasos con menos de 10 átomos de C, y dependiendo de la concentración, son los responsables del aroma y sabor de los derivados lácteos:

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— A concentraciones altas causan problemas de rancidez y — a bajas concentraciones les confieren al queso y a la mantequilla las propiedades sensoriales requeridas. Se recomienda que su consumo no represente más de un 10% de las calorías totales de una dieta, debido a que se piensa que pueden ser la causa de problemas de arteriosclerosis.

1.2.2.2.

Ácidos grasos no saturados

Los más comunes son los que tienen uno, dos o tres dobles grupos alilo en el resto acilo. Los que contienen una sola insaturación —monoinsaturados— suelen presentar el doble enlace entre las posiciones 9 y 10. En forma natural, los dobles enlaces suelen presentar configuración cis, y cuando hay dos o más, estar separados por un grupo metileno. Son compuestos muy abundantes en los aceites vegetales y marinos, con una alta reactividad y por tanto susceptibles a oxidarse e isomerizarse, siendo su temperatura de fusión inferior a la de los saturados de igual longitud de cadena. En los aceites que provienen de algunos peces existe una relación directa entre el grado de insaturación y la temperatura del agua; a medida que ésta es más fría hay un mayor número de insaturaciones, lo que permite a los lípidos permanecer en estado líquido a esas temperaturas y hace también que sean los aceites de origen animal los que se oxiden más fácilmente. Por ejemplo el aceite de arenque contiene ácido araquidónico y clupanodónico en cantidades que representan más del 10% de los ácidos grasos totales. El ácido linoleico está considerado como un ácido graso indispensable, ya que no se sintetiza en el organismo, recomendándose una ingestión de 2-10 gramos por día. Es un precursor del araquidónico (considerado también indispensable) y se utiliza en la síntesis de hormonas prostaglandinas. Entre las funciones de los ácidos grasos indispensables están la regulación del metabolismo del colesterol y el mantenimiento del pelo y la piel.

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1.2.3.

Fosfolípidos, ceras y esteroles.

Fosfolípidos En casi todos, el ácido graso en posición α suele ser saturado (palmítico o esteárico) o monoinsaturado (oleico), mientras que el situado en posición β es insaturado (linoleico, linolénico o araquidónico). Esta elevada instauración hace no sólo que se oxiden fácilmente sino que sean los iniciadores de las reacciones de deterioro en las grasas y aceites que los contienen; aunque en algunos casos, en función de la concentración pueden actuar como antioxidantes, como ocurre con la lecitina utilizada en productos infantiles y pastelería. Junto con las proteínas participan en la construcción de las membranas celulares por lo que se encuentran tanto en los alimentos de origen animal como vegetal. Ceras Son esteres formados por una molécula de un alcohol monohidroxilado de cadena larga y una de ácido graso. Se trata de lípidos que funden entre 40 y 100 °C, resistentes a la hidrólisis y que actúan como protectores de hojas, tallos y frutos en los vegetales y del pelo, lana y plumas de los animales. Esteroles Son lípidos insaponificables (no tienen capacidad de formar jabones). En su composición encontramos, el grupo químico ciclopentanoperhidrofenantreno, una cadena hidrocarbonada y un alcohol. Están presentes tanto en el reino vegetal como animal, siendo el colesterol el esterol animal más importante y abundante. Sólo el 35% del colesterol presente en el cuerpo humano proviene de la dieta, siendo el 65% restante sintetizado en el hígado. Un consumo excesivo de colesterol y de grasas

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saturadas conlleva un incremento del primero en sangre, que puede provocar un depósito de placas de lípidos en las paredes de las arterias. — En la yema de huevo los triacilglicéridos representan el 66% de los lípidos totales, el colesterol el 5% (aprox. 225-275 mg por huevo) y los fosfolípidos el 28%. — En la leche los fosfolípidos representan un 0,2-1% y el colesterol un 85% (120 mg/L) — El pescado y la carne de bovino contienen 75 mg de colesterol por cada 100 g.

1.2.4.

Deterioro de los lípidos. Rancidez

La rancidez es un indicio familiar del deterioro de grasas y aceites. En la grasa de la leche, normalmente la rancidez es debida a la presencia de ácidos grasos de cadena corta, originados en la hidrólisis de los triglicéridos (lipólisis) por la acción de microorganismos, enzimas o altas temperaturas. Los ácidos producidos, caproico, butírico, láurico y caprílico, son ácidos volátiles, con olores peculiares y responsables del deterioro sensorial de estos productos. En otras grasas y aceites, así como en las partes grasas de carnes y pescados la rancidez es el resultado de la autoxidación de los ácidos grasos insaturados. Se trata de un mecanismo que funciona a través de la formación de radicales libres, que genera compuestos que a su vez catalizan la propia reacción y que se favorece a medida que aumenta la concentración de ácidos grasos insaturados. Existen una serie de factores que favorecen esta reacción, como son: a) Altas temperaturas por encima de 60 °C, aunque puede producirse también, debido a la presencia de catalizadores, en alimentos refrigerados e incluso congelados. b) Presencia de Cu y Fe en concentraciones inferiores a 1 ppm. c) Radiación ultravioleta. d) Peróxidos provenientes de grasas oxidadas, por lo que no es conveniente mezclar aceites ya utilizados con aceites nuevos. El uso reiterado de aceites utilizados para freír alimentos, conduce a través de reacciones de polimerización, a la formación de compuestos de

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alto peso molecular que son los causantes de las espumas y del aumento de viscosidad del aceite. Aunque es posible retardar la aparición de rancidez en grasas y aceites, evitando altas temperaturas, presencia de metales, etc., la adición de antioxidantes en alimentos grasos es de uso común. A pesar de la polémica existente acerca de su posible carcinogenidad, parece que no podrán retirarse completamente hasta que: 1.

La cuestión de la carcinogenidad esté clarificada y

se realicen más progresos en cuanto a su sustitución por antioxidantes naturales, como los tocoferoles o los ácidos grasos derivados del ácido ascórbico.

Los peróxidos actúan también sobre algunas proteínas produciendo compuestos de efectos aún desconocidos sobre el organismo humano, reduciendo su calidad debido a la pérdida de aminoácidos como lisina, triptófano, metionina, etc., y provocando su polimerización e insolubilización.

1.3. 1.3.1.

HIDRATOS DE CARBONO Importancia

Son las sustancias orgánicas más ampliamente distribuidas y la fuente más barata de alimentos, constituyendo en muchos países del 50 al 80% de su dieta. Las plantas verdes a partir de dióxido de carbono y agua y con ayuda de la energía lumínica del sol sintetizan glucosa, mediante el proceso denominado fotosíntesis. 6CO2 + 12H2O → C6 H12O6 + 6H2O + 6O2 A partir de este azúcar y mediante diversas rutas bioquímicas, se obtienen otros como fructosa, sacarosa, etc. La glucosa tiene una enorme importancia en el metabolismo de las células ya que genera, por medio de la glucolisis y el ciclo de Krebs, ATP que es la base energética de los sistemas biológicos. El glucógeno (presente en los músculos y en el hígado proporciona la energía necesaria para el movimiento muscular y su exceso se convierte en grasa) y el almidón constituyen respectivamente,

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las fuentes de reserva de glucosa en animales y plantas. Los hidratos de carbono pertenecen al grupo de nutrientes básicos en la alimentación, siendo incluso aquellos no digeribles como la celulosa o pectinas que se eliminan por las heces sin producir energía, necesarios como fibra cruda para conseguir una alimentación equilibrada. Cumplen una serie de funciones en los alimentos, entre las que podemos destacar las de: espesantes, estabilizantes, edulcorantes, gelificantes y precursores de compuestos con aroma o color que se forman en los alimentos.

Con el nombre de «fibra» se designa a un grupo de polisacáridos que solo se encuentran en forma natural en alimentos de origen vegetal. Tienen la capacidad de hincharse al absorber agua y aumentar así el volumen de la materia fecal, provocando un aumento de los movimientos peristálticos y facilitando el tránsito intestinal. Una dieta pobre en fibra se relaciona con problemas de diverticulosis, hemorroides, cáncer de colon y recto, etc. Por el contrario una dieta demasiado abundante en fibra puede provocar diarrea y déficit en los niveles de Ca, Zn, Fe, Mg, P, vitamina B12 y algunos aminoácidos.

1.3.2.

Clasificación

El nombre de hidratos de carbono o carbohidratos se utilizó en principio para designar una serie de compuestos conteniendo carbono, hidrógeno y oxígeno y de fórmula empírica CnH2nOn . Posteriormente, se han descubierto numerosos compuestos que, aún no ajustándose a esta fórmula empírica, pero debido a su comportamiento químico, deben incluirse como carbohidratos, por ejemplo los dexosiazúcares, aminoazúcares y otros compuestos. Su clasificación se hace en base a distintos criterios, entre otros: poder edulcorante, utilización en alimentación, abundancia en la naturaleza o estructura química y que al igual que en los lípidos es el criterio que vamos a seguir para su clasificación. Así y de acuerdo al número de átomos de carbono presentes podemos hablar de monosacáridos, disacáridos y polisacáridos (Tabla 1.4).

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TABLA 1.4. Clasificación de los hidratos de carbono más importantes en alimentos a) Monosacáridos Pentosas: xilosa, arabinosa, ribosa… Hexosas: — Aldohexosas: glucosa, galactosa, manosa… — Cetohexosas: levulosa o fructosa, sorbosa… b) Oligosacáridos Disacáridos: lactosa, sacarosa, maltosa… Trisacáridos: rafinosa… Tetra y pentasacáridos: estaquiosa, verbascosa… c) Polisacáridos Homopolisacáridos: almidón, glucógeno, celulosa… Heteropolisacáridos: hemicelulosa, pectinas…

1.3.3.

Monosacáridos

Los hidratos de carbono que no pueden ser hidrolizados en otros más simples se denominan monosacáridos. Son polihidroxialdehidos (aldosas) derivados del gliceraldehído, o polihidroxicetonas (cetosas), derivadas de la hidroxiacetona. Según el número de átomos de carbono, se designan como tetrosas, pentosas, hexosas… o como tetrulosas, pentulosas, hexulosas… respectivamente, según pertenezcan a una u otra serie, indicándose la posición del grupo cetónico con un número. El C-2 del gliceraldehído es asimétrico existiendo dos enantiómeros el D (hidroxilo del C asimétrico a la derecha) y el L (hidroxilo del C asimétrico a la izquierda). La adición de sucesivas unidades -CHOH dará lugar a la formación de tetrosas, pentosas y hexosas de las series D (D-aldosas) y L (L-aldosas), cuando el grupo hidroxilo del C asimétrico más alejado del aldehído se encuentre a la derecha o la izquierda del plano central de la molécula, respectivamente. De cada una de las 4 tetrosas obtenidas a partir del gliceraldehído se obtienen 8 pentosas, que a su vez conducen a la formación de 16 hexosas isómeras. En la figura 1.1 se recogen las fórmulas y nombres de D-aldosas en la proyección de Fischer. La glucosa y la galactosa son epímeros en el C-4, es decir son isómeros que sólo se diferencian en la posición de un grupo hidroxilo (en este caso el 4) distinto al de referencia (C-5).

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FIGURA 1.1. D-aldosas de 4, 5 y 6 átomos de C en proyección de Fischer.

Los azúcares pueden representarse mediante las proyecciones de Fischer y de Haworth o mediante la fórmula conformacional (Figura 1.2).

FIGURA 1.2. Diferentes representaciones de la D-Glucosa.

Debido a la alta reactividad del grupo carbonilo hacia los grupos alcohol de la misma molécula, todos los monosacáridos a partir de tetrosas y 2-pentulosas pueden ciclarse mediante la formación de un enlace he-

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miacetálico para dar lactoles hexagonales o pentagonales. Los lactoles derivados del tetrahidrofurano se nombran como furanosas, mientras que los derivados del tetrahidropirano se denominan piranosas. La unión hemiacetal origina un nuevo centro asimétrico en el C-1, dando lugar a dos formas diastereómeras denominadas anómeros y que se designan por α y β. En la proyección de Haworth es válida, en general, la regla de que el grupo -OH se encuentra por debajo/encima del plano del anillo en los anómeros α/β de la serie D y por encima/debajo en los de la serie L.

1.3.3.1.

Propiedades y distribución en la naturaleza

Los monosacáridos son compuestos solubles en agua, en general con sabor dulce, aunque hay algunos amargos (la β-D-manosa es dulce-amarga) y que se encuentran mayoritariamente formando diversos polisacáridos. — La glucosa o D-gluco-hexosa, conocida también como azúcar de uva (porque constituye el 95% de los azúcares totales) o como dextrosa (porque es dextrorrotatoria), es el monosacárido más abundante, encontrándose en diferentes frutas y hortalizas como la cebolla. La glucosa que se emplea comercialmente se obtiene por hidrólisis del almidón. — La fructosa o D-arabino-2-hexulosa, se encuentra principalmente en las mieles y jugos de diversas frutas y se produce en cantidades equimoleculares junto a la glucosa por hidrólisis de la galactosa. Forma parte de algunos polisacáridos como la inulina. — La galactosa forma parte de algunos compuestos como los cerebrósidos y los gangliósidos indispensables en el tejido nervioso del cerebro. Es componente, junto con la glucosa, de la lactosa de la leche. La mayoría de las pentosas se encuentran al igual que las anteriores como polímeros y además formando parte de diversos glucósidos (compuestos formados por la unión de un azúcar, mediante su carbono anomérico reductor, a un grupo alcohol propio o de otro compuesto que puede ser o no un azúcar). La ribosa es un componente de los nucleótidos que integran los ácidos nucleicos. La ramnosa (desoxiazúcar) es una metilpentosa que forma parte de varios glucósidos como la naringina (ver 1.8.2.4), hesperidina y otras antocianinas.

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1.3.4.

Oligosacáridos

«Oligo» en griego significa poco. Se trata, por tanto, de compuestos resultantes de la condensación de 2 a 10 unidades de monosacáridos mediante un enlace glucosídico y con pérdida de una molécula de agua. En relación con los alimentos los más importantes son los disacáridos. El enlace glucosídico puede formarse entre el –OH del C anomérico de un monosacárido y el –OH de otro monosacárido resultando un disacárido reductor, o entre los –OH de los C anoméricos de ambos monómeros, por lo que el disacárido resultante tendrá carácter no reductor. Al estar enlazados por un átomo de oxígeno reciben el nombre de O-glucósidos.En general los disacáridos se clasifican de acuerdo con su poder reductor: — Los que son capaces de reducir las soluciones de Fehling o glicosilglicósidos como la lactosa, celobiosa, maltosa e isomaltosa y — Los que no la reducen o glicosilgliconas como la sacarosa o la trehalosa. Las judías contienen una cantidad importante de rafinosa (glucosa, fructosa y galactosa). El tracto intestinal de los humanos no sintetiza α-galactosidasa, enzima que actúa sobre este oligosacárido y pasa, por tanto, intacta al intestino grueso, donde si es atacada y metabolizada por su flora intestinal. Se producen varios gases, especialmente CO2 que da lugar a las flatulencias típicas que se sufren después de comer legumbres.

1.3.4.1.

Lactosa

Formada por una molécula de glucosa y otra de galactosa unidas mediante un enlace glucosídico β(1,4). Es el azúcar de la leche (aprox. en un 5% peso/volumen en la de vaca). Es un 75% menos dulce que la sacarosa y por estar libre el C anomérico de la glucosa tiene carácter reductor.

1.3.4.2.

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Maltosa

Es un azúcar reductor formado por la unión de dos moléculas de glucosa mediante enlace glucosídico α(1,4). Es soluble en agua, menos dulce que la glucosa y se encuentra en la cebada y en los hidrolizados de maíz y de almidones.

1.3.4.3.

Sacarosa

Es el azúcar que consumimos a diario y químicamente está formado por una unidad de glucosa y otra de fructosa unidas mediante un enlace glucosídico β(1,2) entre el carbono aldehídico de la glucosa y el cetónico de la fructosa, lo que hace que la sacarosa carezca de poder reductor. Es un disacárido muy soluble en agua, fácilmente hidrolizable, que se encuentra en la mayoría de las frutas, de las raíces y de los granos y que se obtiene de la caña de azúcar y de la remolacha. Se trata de un azúcar, que en el intestino se transforma fácilmente en glucosa, la cuál pasa rápidamente a sangre; hecho a tener en cuenta por aquellas personas con problemas en el sistema hormonal que la regula.

Cuando la sacarosa se hidroliza química o enzimáticamente, se forma una mezcla de azúcares conocida como «azúcar invertido», nombre que se debe al cambio de poder rotatorio que se produce (de +66,5° a –19,8° por la fuerte influencia de la fructosa), siendo la rotación específica de glucosa y fructosa de +52,7° y –92,4° respectivamente. Este cambio se

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produce en forma natural en la miel de abeja y debido a la presencia de fructosa es algo más dulce (27% aprox.) que la sacarosa.

1.3.5.

Polisacáridos

Aunque de forma convencional, se considera polisacárido a aquel polímero con más de 10 unidades de monosacáridos; sin embargo, la mayoría de ellos contienen cientos y a veces miles de unidades de monómero. Pueden estar integrados por un solo tipo de monosacáridos —homopolisacáridos— como la celulosa y el almidón, o por diferentes tipos de monosacáridos —heteropolisacáridos— como las pectinas. Cuando están puros son incoloros, inodoros e insípidos.

1.3.5.1.

Celulosa

Formado por cadenas lineales de unidades de D-glucopiranosas unidas por enlaces β(1,4). Se halla presente en frutas, hortalizas y cereales como constituyente estructural de las paredes celulares. El organismo humano no cuenta con las enzimas celulasas en el tracto gastrointestinal, por lo que la celulosa forma parte de la fibra cruda que es eliminada en las heces sin haber sido aprovechada.

1.3.5.2.

Almidón

Es una mezcla de dos polisacáridos muy similares: la amilosa (cadenas lineales de unidades de α maltosa) y la amilopectina (se diferencia de la anterior en que contiene ramificaciones unidas por enlaces α-D-(1,6), localizadas cada 15-25 unidades de glucosa). Se encuentra como polisacárido de reserva energética en los cereales, tubérculos y en algunas frutas como el plátano, variando su concentración de forma inversa al grado de madurez.

Los arroces de grano largo tienen mas amilosa que los de grano medio y cuando se pasan de cocción se vuelven menos pegajosos y se pasan menos que los otros pero, por el contrario, absorben menos líquido de cocción y resultan menos sabrosos que los de grano medio.

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1.3.5.3.

Glucógeno

Su estructura es muy parecida a la de la amilopectina con la diferencia de que presenta ramificaciones cada 12-16 unidades de glucosa. Se encuentra en el músculo y en el hígado y es el polisacárido de reserva energética animal más importante ya que se convierte rápidamente en glucosa.

1.4.

AGUA

Cerca del 70% del cuerpo humano es agua, aunque hay ciertos tejidos como cabellos, dientes y huesos que la contienen escasamente. El organismo por el sudor, la orina, las heces y la respiración pierde agua continuamente, agua que ha de reponer para efectuar todas sus funciones adecuadamente. Es el componente más abundante en muchos alimentos (Tabla 1.5) y aunque somos conscientes de la necesidad biológica que tenemos de beber agua, quizá no lo seamos tanto del porcentaje con el que contribuyen los alimentos sólidos (aprox. 850 mL/día) al total de agua ingerido (la mayor parte con los líquidos). TABLA 1.5. Cantidad de agua en algunos alimentos y bebidas Alimentos

Agua (% peso/peso)

Alimentos

Agua (%peso/peso)

Lechuga, espárrago Calabaza, brócoli Zanahoria, patata Cítricos Leche Manzanas, cerezas Queso Pan blanco Salami

95 92 90 87 87 85 37 35 30

Miel Mantequilla Harina de trigo Leche en polvo

20 16 12 4

Bebidas

Agua (%v/v)

Cerveza Leche Whisky

90 87 60

El agua es el medio en el que transcurren muchas reacciones químicas y enzimáticas y por tanto su eliminación o inmovilización por incremento en las concentraciones de azúcar o de sal (procesos de secado,

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ahumado, salado, etc.), conlleva un aumento de la vida útil de muchos alimentos, al producirse la inhibición de muchas de estas reacciones e incluso del crecimiento de microorganismos.

1.5.

VITAMINAS

Las vitaminas son componentes esenciales de los alimentos, que empezaron a adquirir importancia cuando se observó que su carencia en la dieta (hipovitaminosis o avitaminosis en su forma más grave) provocaba grandes males como el raquitismo, descrito ya por egipcios y romanos. Es importante evitar su pérdida durante la preparación de los alimentos, como por ejemplo la producida por extracción en los procesos de cocción o escaldado (sobre todo de las hidrosolubles), teniendo siempre en mente que generalmente un consumo variado de alimentos garantiza un aporte suficiente de vitaminas. Con este nombre se agrupan 13 compuestos con diferente estructura química y que presentan las siguientes características: — Representan sólo el 0,015-0,02% de la dieta de un individuo. — No producen energía, pero actúan en el control y la catálisis de reacciones propias de los procesos metabólicos. — Debido a que se encuentran en muchos alimentos en una forma química sin actividad biológica, el organismo humano tiene que convertirla en su forma activa mediante distintas reacciones. — Ciertas vitaminas se denominan indispensables ya que el organismo requiere ingerirlas en la dieta diaria. — Otras como: biotina, ácido pantoténico, cobalamina y vitamina K, son sintetizadas en cantidades considerables por la microflora intestinal del hombre y absorbidas a través de la pared del tracto gastrointestinal. Por esta razón son pocos los casos de deficiencia de estas cuatro vitaminas. Las cantidades de vitaminas requeridas por el organismo humano son muy bajas (son suficientes las contenidas en una dieta equilibrada), por lo que su consumo en grandes cantidades y durante períodos largos de tiempo, pueden originar problemas de salud.

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Las vitaminas, al no pertenecer a un grupo específico de compuestos y tener estructuras químicas diferentes, se clasifican de acuerdo a su solubilidad en: Liposolubles: Vitamina A, vitamina D, vitamina E y vitamina K. Contienen dobles enlaces en su estructura que las hace sensibles a las reacciones de oxidación. Son solubles en disolventes orgánicos y aceites. El hombre al igual que otros mamíferos las almacena en el tejido adiposo, principalmente del hígado, lo que hace que una persona correctamente alimentada pueda sobrevivir varias semanas sin consumirlas. Hidrosolubles: Tiamina (B1), Riboflavina (B2), vitamina B6, Niacina, Ácido pantoténico, Biotina, Ácido fólico, vitamina B12 y vitamina C. El hombre no tiene capacidad de almacenarlas por lo que requiere de un aporte continuo en la dieta. El déficit de vitaminas en la dieta humana causa una serie de problemas, como se puede ver en la tabla 1.6. TABLA 1.6. Problemas más importantes asociados al deficit de vitaminas Vitamina A D E

Manifestaciones

Vitamina

Manifestaciones

Xeroftalmia y Nictalopia Raquitismo Anemia hemolítica en prematuros

Niacina B6 Acido Pantoténico Biotina Acido fólico B12 C

Pelagra Dermatitis seborreica — — Anemia megaloblástica Anemia perniciosa Escorbuto

Coagulación retardada K Beriberi Tiamina (B1) Riboflavina (B2) Queilitis y queilosis

1.5.1.

Contenido de vitaminas en los alimentos

Podemos decir que los vegetales en general son más ricos en vitaminas hidrosolubles que liposolubles, situación contraria a lo que ocurre en los alimentos de origen animal; aunque hay excepciones como en el caso de las espinacas y las coles que son ricas en vitamina K. La concentración de vitaminas en los vegetales es función de varios factores como, radiación solar, disponibilidad de agua, época del año, fertilización, estado de madurez, etc., y hasta de su localización en el árbol como ocurre en los cítricos (los más externos contienen mayor propor-

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ción que los más internos). Además dentro de un mismo fruto, la distribución no es homogénea; la manzana concentra hasta el 80% de vitamina C en la piel, al igual que la naranja y el limón (de un 60-70% en la cáscara) mientras que la piña por el contrario acumula la mayor cantidad de ácido ascórbico en el centro. En el caso de las carnes tiene influencia entre otras cosas la edad y alimentación de los animales, concentrándose en el hígado las vitaminas liposolubles y en el músculo pequeñas cantidades de algunas hidrosolubles. Algunas reacciones químicas producidas por valores muy altos o bajos de pH, o por aditivos como nitritos, sulfitos, etileno, propileno, peróxidos... influyen en la estabilidad de las vitaminas. La composición final del alimento depende, además, de los procesos industriales a que se les somete para su comercialización, de la forma de almacenamiento y de la preparación en el hogar.

1.5.2.

Necesidades, distribución y estabilidad

Vitamina A Para el adulto se recomienda un consumo diario de 3000 a 5000 UI (1UI equivale a 0.344 µg de trans-retinol) y se considera que un consumo de 18000 a 20000 UI durante uno o dos meses ocasiona toxicidad. Presenta su máxima actividad biológica cuando todas sus insaturaciones se encuentran en configuración trans.

Se encuentra fundamentalmente en el reino animal sobre todo en el hígado de peces y de mamíferos, en la grasa láctea y en la yema de huevo, en las formas de alcohol (retinol), aldehído (retinal), ácido (retinoico) o incluso esterificada con algunos ácidos grasos. En los vegetales existe en forma de β-caroteno (ver 1.7.2.1), que es un precursor también llamado

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provitamina. Contienen carotenoides las verduras (zanahorias, espinacas, pimientos, tomates...), frutas (albaricoques y naranjas) y el aceite de palma. Al ser la vitamina A un hidrocarburo insaturado es sensible a las reacciones de oxidación, especialmente a temperaturas elevadas y en presencia de catalizadores como enzimas y metales de transición. Vitamina D Las necesidades son de 10 µg/día. El ergocalciferol (vitamina D2) y el colecalciferol (D3) son los compuestos más importantes de los 11 que se agrupan bajo el nombre de vitamina D. Sus precursores, el ergosterol localizado básicamente en las plantas (col, espinacas, levaduras, aceite de germen de trigo..) y el 7-dehidrocolesterol, se transforman en la respectiva vitamina por acción de la luz ultravioleta solar. En la naturaleza se encuentra casi exclusivamente vitamina D3. Contienen provitamina y vitamina D3 la yema de huevo, leche de vaca, mantequilla, moluscos, grasas animales e hígado de cerdo y vacuno. La vitamina D es sensible a la luz y al oxígeno pero resiste muy bien los tratamientos térmicos a que se someten los alimentos.

Vitamina E Con esta denominación se conocen una serie de tocoferoles siendo el α-tocoferol el más importante desde el punto de vista nutricional. Las necesidades son de 15 mg de α-tocoferol/día, aunque aumentan cuando la dieta es muy rica en ácidos grasos insaturados. Fuentes de tocoferol son principalmente los aceites vegetales, en especial los de germen de cereales. Los tocoferoles sufren reacciones de deterioro en el refino de los aceites.

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Vitamina K Se la conoce como factor antihemorrágico, existiendo varios compuestos naturales con esta actividad biológica, entre ellos las vitaminas K1 y K2. Las necesidades de vitamina K1 en el adulto son de 1-4 mg/día, que se cubren con los alimentos y con la vitamina que sintetizan las bacterias intestinales y que en parte se absorbe. La vitamina K1 se encuentra fundamentalmente en las partes verdes de las plantas, los huevos y en el hígado de cerdo y ternera. Son sensibles a los álcalis y a la luz y relativamente estables al oxígeno y tratamientos térmicos.

Tiamina o factor antiberiberi (vitamina B1) Abunda en órganos animales, pescado, huevo, leche, legumbres, patatas y en el pericarpio y germen de los granos de trigo, por lo que los síntomas que produce su deficiencia se observan frecuentemente en países orientales en los que la dieta consiste principalmente en arroz sin cascarilla que es donde se concentra la mayor cantidad de tiamina. Interviene en diversas reacciones del metabolismo de los hidratos de carbono Las necesidades para el adulto son de 1-2 mg/día, las cuáles aumentan con el aporte de hidratos de carbono. Es una de las vitaminas más inestables; al ser hidrosoluble se pierde en las aguas de lavado de los alimentos y también en el agua de descongelación de carnes, etc. La estabilidad depende del pH, temperatura y presencia de sulfitos y de nitritos utilizados en la conservación de productos cárnicos.

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En algunos pescados se encuentran presentes unas enzimas llamadas tiaminasas capaces de hidrolizar la tiamina, por lo que si se mezclan con cereales se puede perder la vitamina B1 que estos contengan.

Riboflavina (vitamina B2) Las necesidades para el hombre adulto son de 1,6-2,6 mg/día, siendo las principales fuentes de esta vitamina, leche y productos lácteos, huevos, diversas clases de verduras (berros y champiñón cultivado) y productos cárnicos, especialmente vísceras. En algunos países industrializados se añade riboflavina a algunos alimentos como sopas y pastas, deficientes en este vitamina. Es bastante estable en las condiciones ordinarias de manipulación de los alimentos. La iluminación, especialmente entre 420-560 nm, da lugar mediante reacciones fotoquímicas a la formación de lumiflavina y de lumicromo, por lo que la luz fluorescente es menos dañina que la luz solar.

La leche expuesta dos horas aproximadamente a la luz solar puede perder hasta un 80% de riboflavina, pérdidas que se han reducido considerablemente al comercializar este alimento en envases opacos de plástico, aluminio o cartón.

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Vitamina B6 Poseen actividad de vitamina B6 el piridoxal (aldehído), la piridoxina (alcohol) y la piridoxamina (derivado amina). La forma activa en el metabolismo es el fosfato de piridoxal, siendo las necesidades en el adulto de 2 mg/día. Abunda mucho en alimentos de origen animal y vegetal; pescado, leche, huevo, queso, harina de trigo... Al igual que en el caso de las vitaminas B1 y B2 es tambien sintetizada por la microflora intestinal del hombre. A pH ácido las tres formas de vitamina B6 son resistentes a los tratamientos térmicos.

Niacina Con este nombre se designa al ácido nicotínico y a su correspondiente amina, la nicotinamida o niacinamida. Su deficiencia origina la enfermedad denominada pelagra o de las «3D» ya que ocasiona problemas de diarrea, dermatitis y demencia. Las necesidades en el adulto son de 12-20 mg/día. Fuentes especialmente ricas en esta vitamina son algunos órganos animales, las levaduras, setas y cereales. Es quizá la vitamina más estable ya que no se oxida, no se reduce y tampoco se altera por la acción de ácidos, álcalis o radiaciones electromagnéticas.

Ácido pantoténico Como su nombre indica (pantós = en todas partes) se halla ampliamente distribuido en la naturaleza, siendo necesarios de 6-8 mg/día para el adulto. Forma parte del coenzima A. Es bastante estable a pH entre 4 y 7,

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pudiendo degradarse a altas temperaturas; se estiman pérdidas del 10% en el tratamiento de la leche y entre un 10 y 30% en las verduras sometidas a cocción.

Biotina Las necesidades del adulto son de 150-300 µg/día. Se encuentra principalmente en la carne de res, cerdo y pollo, pescado, leche, huevo, harina de trigo, arroz manzana y zumo de naranja, siendo también sintetizada por la flora intestinal humana. Es bastante estable por lo que las pérdidas en los alimentos procesados suelen ser sólo del 10-15%.

La biotina del huevo reacciona con la avidina que es una glucoproteína del huevo, formándose un complejo insoluble que al no absorberse reduce el aprovechamiento de esta vitamina. Al calentar los huevos se desnaturaliza la proteína y la vitamina vuelve a estar disponible.

Ácido fólico Pertenece a un grupo de compuestos denominados folatos, de los cuáles el ácido fólico es el que presenta mayor actividad biológica. Las necesidades diarias en el hombre son de 0,5-1 mg. Se encuentra en alimentos como carne, hígado, riñón y muy abundantemente en los vegetales verdes de hojas. Es indispensable para el crecimiento del Lactobacillus casei y se pierde en todo proceso que implique contacto con agua. Se des-

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truye a altas temperaturas (cocción de alimentos), destrucción que se acelera con la presencia de nitritos y sulfitos. Vitamina B12 o cobalamina A pesar de que la microflora intestinal la produce y se absorbe una cantidad, es recomendable una ingesta diaria de 3-4 µg. No se ha podido sintetizar y no existe en vegetales, estando presente en productos de origen animal como leche, carne, huevos y alimentos fermentados. Es estable a altas temperaturas en un intervalo de pH de 4 a 6, siendo, en general, inocuos la mayoría de los procesos tanto caseros como industriales de preparación de alimentos. Vitamina C Existen varias sustancias con actividad biológica de vitamina C, siendo el ácido L-ascórbico la más importante desde el punto de vista nutricional, y por tanto la razón de que se utilicen como sinónimos. El hombre no sintetiza vitamina C, por lo que necesita ingerir una cantidad diaria de 45-80 mg. Se encuentra principalmente en las grosellas, fresas, perejil, naranjas, limones, pomelos, etc., en diferentes variedades de coles y en las patatas. Es la más inestable y lábil de todas las vitaminas, por lo que muchas veces se considera que si resiste el procesamiento y almacenamiento, todos los demás nutrimentos estarán poco afectados.

1.6.

MINERALES

Se denominan minerales a aquellos componentes de tejidos vegetales y animales que quedan en forma de cenizas después de incinerar. Algunos minerales se consideran esenciales para el correcto funcionamiento del organismo humano y su carencia, igual que en el caso de las vitaminas, puede provocar problemas de salud. También un consumo excesivo de sales y minerales puede causar graves daños en el organismo; cantidades elevadas de cloruro sódico o sal común puede conducir a problemas de hipertensión arterial. Se recomienda un consumo de 5-6 g diarios de cloruro sódico para un adulto, cantidad que se encuentra en forma natural en los alimentos.

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Según su concentración en las cenizas, podemos hablar de: — Macroelementos: Ca, K, P, Cl, Na y Mg y de — Microelementos o elementos traza: Fe, Zn, Cu, Mn, I, Mo, Co, etc. Muchos de ellos tienen diversas funciones, por ejemplo como cofactores de enzimas, reguladores de la presión osmótica de fluidos celulares y del pH, componentes de algunas macromoléculas (Fe de la hemoglobina) y componentes de determinadas estructuras corporales (P, Mg y Ca de huesos y dientes o Cu del tejido cerebral). Abundan en todos los alimentos, aunque su contenido dependerá del tipo de suelo, fertilizantes, plaguicidas, etc., y del agua utilizada (lluvia, pozos, ríos...) para el cultivo de vegetales, destinados tanto a consumo humano como animal. Su gran abundancia no implica disponibilidad al 100% para el hombre. Por ejemplo, si hablamos del: — Calcio: sólo se absorbe de un 30 a 40% del que se toma y el resto es eliminado por las heces. — Hierro: se absorbe y se utiliza de un 10-30%, preferiblemente como Fe2+ (sales ferrosas), aunque el Fe3+ gracias al HCl del estomago pasa a Fe2+, forma en que atraviesa la mucosa. — Fósforo: se aprovecha un 70% del ingerido. Por otra parte, el grado de absorción es también función de las interacciones que se puedan producir; así el grado de absorción de cinc (observado en ratas) está en función de la proteína con la que se administra (si la dieta es rica en caseína aprovechan hasta un 80%). También el uso de ácido fosfórico en bebidas o de fosfatos utilizados por la industria alimentaria afectan a la absorción de hierro y calcio. El ácido fítico o hexafosfato de inositol reacciona con algunos cationes como Fe, Mg, Zn y Ca dando lugar a los fitatos. El ácido fítico se extrae de semillas de distintos cereales como el arroz, la avena y el maiz y también de los frutos secos como almendra, avellana y cacahuete. Es un agente quelante del calcio en una amplia franja de pH pudiendo prevenir su acumulación. Inhibe la cristalización de sales cálcicas, tales como fosfatos y oxalatos, evitando la formación de depósitos minerales patológicos como los cálculos renales.

Debido a que son hidrosolubles, se producirán pérdidas en todas aquellas etapas en las que haya contacto entre el alimento y el agua. En la

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tabla 1.7 podemos ver el contenido en sodio, potasio, hierro, calcio y fósforo, de algunos alimentos. TABLA 1.7. Contenido de algunos alimentos en Na, K, Ca, Fe y P en mg/100 g de fracción comestible Alimento

Sodio

Potasio

Calcio

Hierro

Fósforo

Leche cruda de vaca Mantequilla Yema de huevo Clara de huevo Carne de vaca magra Carne de cerdo magra Arenques Arroz sin pulir Lechuga Repollo Patatas Lentejas Espinacas Tomate Manzanas Mandarinas

48 5 51 170 58 58 117 10 4 42 3,2 4 65 6 3 1,4

157 16 138 154 342 260 360 150 421 490 443 810 633 297 144 177

120 13 140 11 11 9 34 23 35 212 9,5 74 126 14 7 42

0,046 — 7,2 0,2 2,6 2,3 1,1 2,6 2,0 1,9 0,8 6,9 4,1 0,5 0,48 0,4

92 21 590 21 170 176 250 325 49 87 50 412 55 26 12 23

CARACTERÍSTICAS ORGANOLÉPTICAS DE LOS ALIMENTOS El que un alimento sea o no aceptado va a depender de muchos factores, entre los que se pueden destacar: color, sabor, olor, tacto, etc. El primer contacto que los consumidores tenemos con los alimentos es a través del ojo y son los colores de los alimentos los que nos permiten identificar muchas de sus propiedades, ya que tanto en forma natural como sometidos a distintos procesos de elaboración, presentan un color característico y bien definido, como el tostado de la corteza del pan y otros productos cocidos en el horno o el rosado de las carnes crudas. Disfrutar de un alimento es psicológicamente tan importante como el valor nutritivo lo es para el correcto desarrollo del organismo. Continuamente están apareciendo en el mercado alimentos procesados que de-

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ben reunir unas características sensoriales (color, olor, sabor, etc.) lo más similares posibles a los alimentos naturales para que sean aceptados por el consumidor. Este es uno de los retos que tienen hoy día los técnicos en alimentación; la extracción e identificación de todos estos compuestos para posteriormente imitar su síntesis y realizar ensayos hasta lograr los resultados que se buscan.

1.7.

COLOR

La luz visible es la porción del espectro electromagnético comprendida entre unas longitudes de onda, λ, de 380-780 nm. De aquí podemos deducir que el color es una propiedad de la materia relacionada con el espectro de la luz y podemos definirlo como «la impresión que produce en el ojo la luz emitida por un foco luminoso o difundida por los cuerpos». En la tabla. 1.8 podemos ver la relación entre la longitud de onda de la luz y el color. TABLA.1.8. La luz (longitudes de onda-columna central) aparece con los colores mostrados en la columna de la izquierda al ser captada por el ojo. Las sustancias que absorben luz a estas longitudes de onda aparecen con el color mostrado en la columna de la derecha Color

Longitud de onda (nm)

Violeta

400

Azul

450

Verde

500

Amarillo

550

Naranja

600

Rojo

650

Color complementario Amarillo Naranja Rojo Violeta Azul Verde

700

Los colores que presentan los alimentos vienen determinados por la presencia de distintos compuestos, principalmente orgánicos y que son pigmentos naturales muchas veces, como en el caso de la carne, con una función biológica importante —transporte de oxígeno—, colorantes añadidos o compuestos formados durante su elaboración.

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La mayoría de estos pigmentos se pueden agrupar en las siguientes categorías: 1. Clorofilas

2. Carotenos

3. Antocianinas

4. Flavonoides

5. Mioglobina y hemoglobina

1.7.1.

Clorofilas

Las clorofilas son los pigmentos responsables del color verde de las hojas de los vegetales y de los frutos inmaduros, color que pierden, bien por envejecimiento o en el proceso de maduración. Las algas, así como diferentes bacterias fotosintéticas contienen muchos tipos de clorofilas, aunque en la mayoría de las plantas superiores se encuentran presentes las clorofilas a y b (Figura 1.3) en relación aproximada de 1:3.

FIGURA 1.3. Estructura de las clorofilas a y b y del fitol.

La clorofila, que se encuentra localizada en los cloroplastos, unida a otros componentes como fosfolípidos, proteínas y a veces a algunos carotenoides, es la encargada de llevar a cabo el proceso de la fotosíntesis.

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Estabilidad — Al ser insoluble en agua, la clorofila no se pierde en el lavado de frutas y vegetales. — Sin embargo su estructura química se altera fácilmente por agentes como: oxidantes, luz, pH, altas temperaturas y algunas enzimas. La figura 1.4 muestra las transformaciones de la clorofila, procesos favorecidos a altas temperaturas.

FIGURA 1.4. Transformaciones de la clorofila.

— La acción de la clorofilasa favorece la ruptura del enlace éster (clorofilina + fitol) y se puede obviar mediante el escaldado. — En los vegetales a los que se adicionan ácidos o que los contienen en grandes cantidades se produce la sustitución del Mg2+ por H+ originando las feofitinas a y b de color marrón (por ejemplo en el repollo al ser sobrecalentado), proceso que puede evitarse añadiendo al agua de cocción una pequeña cantidad de bicarbonato sódico, aunque afecta a la textura y al sabor y favorece además la pérdida de vitamina C. — En los alimentos procesados y dado que la cinética de degradación de la clorofila es diferente a la de degradación de los microorganismos se suelen utilizar procesos térmicos HTST (alta temperatura, corto tiempo). Actualmente, para mantener el color original, se está utilizando la clorofilina de sodio y cobre (derivado de la clorofila en la que se ha eliminado la cadena de fitol y el Mg se ha sustituido por Cu), moderadamente soluble en agua, con un aceptable color verde y termoresistente durante el enlatado.

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Una solución práctica consiste en añadir los vegetales verdes — poco a poco (se consigue que el agua no deje de hervir y se acorta el tiempo de cocción); — sobre gran cantidad de agua hirviendo (se provoca un efecto de dilución que disminuye la acidez); — manteniendo el recipiente destapado al principio (para que se desprendan los ácidos volátiles de la hortaliza y el carbónico del medio) y — no prorrogando la cocción más de 8 o 10 minutos (a menor tiempo, menor riesgo de decoloración) y desde el punto de vista nutricional disminuye la pérdida de vitaminas.

1.7.2.

Carotenoides

El nombre deriva de la zanahoria —Daucus carota— que fue donde se aislaron por primera vez. Son responsables del color amarillo y naranja de muchos vegetales, flores y frutos y como hemos comentado en la sección 1.7.1, muchos de ellos se encuentran localizados en las hojas verdes, enmascarados por la clorofila, y hacen su aparición en invierno cuando ésta desaparece. Las sustancias incluidas bajo la denominación de carotenoides sólo pueden ser sintetizadas en las plantas y llegan a los tejidos animales a través de los alimentos; la yema del huevo de gallina debe su color a la presencia de estos compuestos, concretamente a la luteína. La mayoría de ellos contienen 40 átomos de carbono y en su estructura se encuentran presentes, por tanto, 8 unidades de isopreno. De acuerdo con su estructura química podemos encontrar dos grandes grupos: 1.7.2.1.

Carotenos

Con características de hidrocarburos como los α, β, γ carotenos y el licopeno.

1.7.2.2.

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Xantofilas

Son la forma oxidada de los anteriores y se presentan como alcoholes, aldehidos ó ácidos. Entre ellos podemos encontrar la luteína (un hidroxiderivado) y la capsantina (un oxoderivado).

En general, la cantidad de xantofilas presentes en la naturaleza es mayor que la de carotenos, variando su distribución dentro de los distintos vegetales y frutas. Así: el licopeno es el responsable del color rojo del tomate. Las zanahorias son ricas en β caroteno y el maíz tiene mayor proporción de xantofilas (luteína y zeaxantina). Por degradación oxidativa de los carotenoides se forman sustancias aromáticas.

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Algunos carotenoides presentan actividad biológica de provitamina A (Sección 1.5.2), ya que la mucosa intestinal de los animales superiores los oxida y los transforma en retinal que es un componente del pigmento visual de la retina. También existen evidencias de que el β caroteno, así como las vitaminas C y E tienen una función antioxidante (función protectora contra los radicales libres). Estabilidad — Los carotenoides son insolubles en agua y al igual que las clorofilas no se pierden con el lavado de frutas y verduras. — Al ser sometidos a altas temperaturas, en presencia de luz y oxígeno, sufren cambios químicos; se producen pérdidas de color como se puede observar en la piña enlatada y se reduce también el valor nutritivo debido a la destrucción de su actividad de provitamina A. El paso de color rojo a pardo, que se observa cuando se almacena pimentón en polvo, se debe además de a la reacción de Maillard (sección 1.1.2) a la oxidación de la capsantina. — Dado que la enzima lipoxigenasa oxida a los carotenoides, se aprovecha, para blanquear la harina de trigo, la actividad lipoxigenásica que tiene la harina de soja cruda.

1.7.3.

Antocianinas y flavonoides

Son pigmentos hidrosolubles con características de glucósidos.

1.7.3.1.

Antocianinas

Están constituidas por una molécula de antocianidina, unida por medio de un enlace β-glucosídico, principalmente en la posición 3 y en segundo término en la 5 y 7, a un azúcar generalmente glucosa y ramnosa y a veces galactosa, xilosa y arabinosa. Son las responsables de los colores rojo, azul y púrpura de flores y frutos como: rosas, fresas uvas negras, remolacha, lombarda, etc. Se encuentran localizadas generalmente en la cáscara o piel, como en la manzana y pera o en la parte carnosa como en las ciruelas y fresas.

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El color depende de varios factores, como son los sustituyentes en R1, R2 o R3; cuanto mayor sea el número de grupos hidroxilo se intensifica el color azul, mientras que la introducción de metoxilos provoca la formación de los rojos. Estabilidad — Son solubles en agua y debido a la deficiencia electrónica del grupo flavilio, el color de estos pigmentos depende de la acidez o alcalinidad del sistema en que se encuentren, es decir del pH, siendo este el motivo de las variaciones de color observadas durante la maduración de los frutos. Cuando se cuece remolacha o lombarda es conveniente añadir al agua una cucharadita de vinagre o el zumo de medio limón para fijar el color. — Las altas temperaturas contribuyen a la destrucción de las antocianinas, por lo que el tratamiento: alta temperatura-corto tiempo es el más adecuado para conservar el color. — Cambian de color al formar complejos o quelatos con distintos metales (Na, K, Mg, Sn, Fe, Al, etc.), siendo esta la razón de que las latas que contienen alimentos con antocianinas vayan recubiertas de una laca protectora. — Su estabilidad disminuye con la presencia de oxígeno disuelto, sobre todo en productos como el vino. — Son muy abundantes en la naturaleza, pero poco estables y difíciles de purificar, por lo que no se utilizan como colorantes en alimentos.

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1.7.3.2.

Flavonoides

Su estructura química es similar a la de las antocianinas, encontrándose juntos en muchos frutos. Entre las agluconas de los flavonoides se encuentran, entre otros, el flavonol y la flavona (que originan flavonoles y flavonas). También isoflavona, flavononol o flavanona como la naringenina (Sección 1.8.2.4), responsable del sabor amargo de las naranjas. Los azúcares más importantes son la glucosa, ramnosa, galactosa, arabinosa y xilosa, uniéndose ambos a través de los carbonos 7, 5 y 4´ principalmente. Estos pigmentos, de color amarillo, no contribuyen de manera importante al color de los alimentos, aunque si son responsables de la acción astringente de productos como el té.

Estabilidad — Normalmente su estabilidad al calor y la oxidación es mayor que la de las antocianinas, siendo resistentes a la mayoría de los procesos que se usan en el enlatado. — Los espárragos contienen rutina, un flavonol, que interacciona con los iones de Fe y Sn, lo que hay que tener presente durante su enlatado. — Derivados de la naringina (sus chalconas, de sabor dulce) podrían ser sustitutos de edulcorantes sintéticos como los ciclamatos, considerados tóxicos en muchos países.

1.7.4.

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Mioglobina y hemoglobina

Ambos pigmentos son proteínas conjugadas o hemoproteínas responsables, respectivamente, del color rojo del músculo y de la sangre y con funciones biológicas tan importantes como el transporte de oxígeno desde los pulmones a los diferentes tejidos, realizado por la hemoglobina y su almacenamiento temporal en la mioglobina. En los vertebrados se pueden encontrar aproximadamente 15 g de hemoglobina por cada 100 g de sangre, mientras que la cantidad de mioglobina contenida en un músculo depende de factores como: edad, intensidad de irrigación (disponibilidad de oxígeno) y actividad física que el músculo desarrolle en el animal. En general la carne de cerdo y de ternera tienen bajas concentraciones de mioglobina, presentando un color pálido, mientras que la de res es la más oscura. La mioglobina es el pigmento más importante que da color a la carne y es muy reactiva. Así cuando la presión de oxígeno es muy alta, da lugar a la oximioglobina (responsable del color brillante de la carne), mientras que a bajas presiones o a altas temperaturas, el hierro que forma parte de su estructura se oxida a Fe3+ formándose la metamioglobina, responsable del color café de la carne que lleva tiempo cortada o que ha sido cocinada. También interviene en la producción del color de derivados cárnicos como jamones, salchichas, etc., por reacción principalmente con los nitritos, utilizados en el proceso de curado.

1.7.5.

Colorantes naturales usados en alimentación

El siguiente cuadro recoge algunos de los pigmentos naturales estudiados que se emplean, tanto en la cocina como en la industria para colorear los alimentos, bien a partir de la materia prima seca y molida como en el caso del pimiento rojo o la zanahoria o en forma de extracto concentrado como ocurre con el azafrán.

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Procedencia Azafrán Cúrcuma Cochinilla (insecto) Pimiento rojo Zanahoria Enocianina Campasúchil Plantas verdes

Principio activo Crocetina - Carotenoide Curcumina Acido carmínico Capsantina - Carotenide β-caroteno - Carotenoide Polímeros de antocianinas Luteína - Carotenoide Clorofila

La curcumina es un aceite soluble, amarillo brillante con ligero aspecto verdoso, muy utilizado en la elaboración de bizcochos y helados. Las plantas no tienen el monopolio de la provisión de colorantes naturales. La prohibición, en los últimos años, del uso de colorantes rojos sintéticos ha hecho que se incremente la demanda de ácido carmínico y sus derivados, pigmento ya utilizado en la antigüedad para colorear telas. Estos compuestos se extraen de los cuerpos secos de las hembras adultas de los insectos de nombre genérico «Cochinilla», necesitándose 130.000 insectos aproximadamente para obtener 1 Kg de cochinilla a partir de la cual se elaboran distintos derivados comerciales. Algunos carotenoides como el β-caroteno y la cantaxantina se sintetizan químicamente y se emplean como colorantes en la manufactura de sopas, quesos, helados, mantequilla, etc.

1.8. 1.8.1.

OLOR Y SABOR Olor

Propiedad de las sustancias volátiles detectada por las células receptoras del sistema olfativo de la nariz. Se reserva el término «aroma» para aquellos olores que son agradables. Las moléculas que contribuyen al olor representan un porcentaje pequeño (0,05-1%) en relación a la masa total del alimento y están constituidas por un esqueleto hidrocarbonado que puede ser lineal, cíclico o aromático. La mayoría de los grupos funcionales presentes en las cadenas se integran en siete grandes familias:

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— Alcoholes — Compuestos carbonílicos principalmente aldehídos — Éteres — Esteres — Fenoles — Derivados de azufre — Derivados nitrogenados Entre las moléculas con grupos funcionales que pueden representar el aroma del compuesto del que son extraídos podemos citar.

Los compuestos hidrocarbonados sin grupos funcionales son casi siempre derivados terpénicos C10 ó C15 y generalmente no permiten, por sí solos, describir un aroma. Dentro de las moléculas con olor, los heterociclos volátiles representan la cuarta parte de los aproximadamente 5000 compuestos volátiles aislados y caracterizados hoy día en los alimentos (Figura 1.5). Poseen unos umbrales de percepción muy bajos, del orden de partes por billón (ppb) y sus estructuras se pueden encuadrar, principalmente, dentro de las siguientes familias: furanonas, lactonas, piridinas, pirazinas, pirroles, piranonas, oxazoles y tiazoles.

FIGURA 1.5. Proporción de heterociclos en la porción volátil del café, cacao y carne después de calentar.

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En los humanos, la región posterior de la nariz está formada por millones de receptores olfativos cubiertos por unas vellosidades que, al ser estimuladas por determinadas moléculas, producen un cambio en el potencial eléctrico del receptor, que se traduce en un impulso que se transmite al cerebro. La acción que produce una molécula activa va a depender de su tamaño y de los grupos funcionales que posea, por lo que la estereoquímica del compuesto juega un papel muy importante (ver introducción). En el caso de aldehídos, según podemos ver a continuación (Tabla 1.9) el tamaño de la cadena es determinante en la percepción de una determinada sensación. TABLA 1.9.

Umbrales mínimos de detección de distintos aldehídos en los alimentos Aldehído

O=CH-CH=CH-CH=CH-CH3 O=CH-CH=CH-CH=CH-CH2-CH3 O=CH-CH=CH-CH=CH-CH2-CH2-CH3 O=CH-CH=CH-CH2-CH3

Descripción

Plátano Rancio Nuez Manzana

Umbral (mg/Kg) Olor

Sabor

0,3 10 1 2,5

0,04 0,5 0,15 0,35

La adición de sal a un alimento aumenta la polaridad y favorece la salida de compuestos aromatizantes poco polares.

El fuerte olor que se siente al pelar y partir la cebolla y también al cocer la coliflor se debe a compuestos organo-sulfurados. En el caso de la cebolla se trata de un derivado de la cisteína (sulfóxido de S-1-propenilcisteína) no irritante «per se». Cuando se produce daño en el tejido por corte, mordisco, rasgadura, etc., la enzima aliinasa también presente, actúa sobre el sustrato dando lugar a distintos compuestos entre ellos el óxido de S-tiopropanal responsable del picor y del lagrimeo producidos. En el caso de la coliflor, col, brócoli, etc., contienen la enzima mirosinasa, que se activa al trocear el vegetal y provoca la transformación de los compuestos organo-sulfurados en isotiocianatos, que a su vez por acción del calor se descomponen en mercaptanos, amoníaco y sulfhídrico (responsable del olor a huevos podridos).

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1.8.1.1.

Sustancias aromáticas típicas de algunos alimentos

Hongos: El aroma de los champiñones se debe al (R)-1-octen-3-ol, que procede de la degradación enzimático-oxidativa del ácido linoleico.

Perejil: Diversos hidrocarburos monoterpenoides como: mirceno, αpineno (I), β-pineno, canfeno (II), (-)-limoneno, p-cimeno, etc., son los responsables de su aroma.

Apio: El aroma se debe a la presencia de ftalidas y dihidroftalidas que se hallan en diversas partes de la planta (bulbo, raíz, semilla, hoja), de las cuales son de gran importancia la 3-n-butilftalida (III) y la 3-n-butil-4,5dihidroftalida (IV)

Patatas: La 2-isopropil-3-metoxipirazina (V) tiene gran importancia en el aroma de las patatas crudas. Remolacha roja: Debe su aroma a la geosmina (VI). Guisantes: Los responsables de su olor son aldehídos o derivados de la 2-metoxipirazina como el 3-isopropil, 3-sec-butil o 3-isobutil.

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1.8.2.

Sabor

Aunque, muchas veces, al hablar del sabor de un alimento se está haciendo referencia a una respuesta compuesta de muchas sensaciones (olfativa, gustativa, visual, táctil y hasta de temperatura) podemos, estrictamente definir este término como: Sensación producida en la boca por una sustancia determinada o también como el conjunto de características propias de esa sustancia y que producen la sensación de sabor. Es posible identificar cuatro sensaciones básicas: dulce, amarga, salada y ácida y una quinta «umami», actualmente propuesta por investigadores japoneses (relacionada con el sabor del glutamato sódico y del monofosfato de inosina), asociadas a receptores localizados en distintas zonas de la lengua. Así: — lo amargo, en la parte posterior — lo ácido, en los laterales del tercio posterior — lo salado, en la punta y en los lados y — lo dulce, en la punta y además otras dos: picante y astringente asociadas a receptores localizados en la boca. Cuando se introducen modificaciones muy pequeñas en la estructura de un compuesto se producen grandes variaciones en el sabor, lo que hace pensar que la superficie de los receptores es específica para cada estímulo. Como ejemplos se pueden citar: Sacarina ............. dulce

m-nitrosacarina ....... amarga

L-asparaguina .... insípido

D-asparaguina ......... dulce ó

L-serina .............. ligeramente dulce

D-serina ................... muy dulce

Se han logrado identificar más de 4500 compuestos como responsables del olor y sabor de los alimentos, de los cuáles un porcentaje elevado corresponde a los volátiles que afectan directamente al olfato y poco al gusto. Los relacionados con el sabor suelen ser polares, solubles en agua y no volátiles, mientras que los implicados en el olor son volátiles y mucho menos polares. Existen, no obstante, algunas sustancias volátiles que al entrar en la boca causan efecto en los centros olfativos, como por ejemplo el ácido acético o el (–) mentol, componente mayoritario del aceite de pipermint utilizado en pastelería, pasta de dientes, chicles, etc., que son responsables, a la vez, del olor y el sabor.

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1.8.2.1.

Sabor dulce

Aunque frecuentemente se asocia el sabor dulce con los azúcares, nada más lejos de la realidad, ya que muchos de ellos en función de la conformación que presenten no son dulces, como la β-D-fructosa o la L-glucosa que es ligeramente salada. La capacidad o poder edulcorante (p.e) de un compuesto natural o sintético se otorga tomando como referencia el de la sacarosa (poder edulcorante de 1). Entre las sustancias dulces y que no son azúcares podemos destacar: — La sacarina, sintetizada por primera vez en 1873 y con un p.e de 350, es muy utilizada en dietas de adelgazamiento debido a su bajo poder calórico. — Más recientemente se han introducido otros como: • Ciclamato sódico (p.e = 30-80), retirado del mercado en algunos países en 1969 por su posible potencial carcinogénico. • Acesulfam K (p.e = 130-200) • Aspartamo (p.e = 100-200) muy utilizado en bebidas refrescantes.

1.8.2.2.

Sabor salado

Es debido a la presencia de muchas sales inorgánicas, principalmente al cloruro sódico. La presencia de estos iones en los alimentos sirve para estimular otros sabores y además tiende a disminuir el poder endulzante de los azúcares y conseguir el sabor requerido, por ejemplo en pastelería.

1.8.2.3.

Sabor ácido

La acidez se asocia siempre a disoluciones con bajo pH, sin embargo son los ácidos orgánicos sin disociar los que contribuyen de forma importante al sabor de los alimentos. La mayoría de las frutas son ricas en ácidos cítrico y málico y las uvas en ácido tartárico.

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El ácido láctico resultante de la fermentación bacteriana de los azúcares de los vegetales es el responsable de la acidez de los pepinillos en conserva y también se encuentra presente (2%) en los quesos. 1.8.2.4.

Sabor amargo

El sabor amargo se encuentra relacionado con distintas clases de sustancias, como ciertas sales inorgánicas (KI o MgCl2 entre otras) o sustancias fenólicas. Estas últimas en forma flavonoide, son las que confieren un sabor amargo a algunos zumos de frutas, especialmente de cítricos y entre ellas podemos señalar: la naringina (presente en la naranja amarga y la toronja) y constituida por la naringenina que es una flavonona, cuya posición 7 está ocupada por el disacárido neohesperidosa, el cual, a su vez consiste en una molécula de ramnosa (6-desoxi-manopiranosa) unida a una de glucosa.

El sabor amargo es característico de muchos tipos de cervezas y podemos apuntar como dato curioso que la capacidad del hombre y de los animales para percibir este sabor, es probable que esté relacionada con un mecanismo de defensa ante el peligro que supone la presencia de alcaloides en las plantas.

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1.8.2.5.

Sabores picante y astringente

Sabor picante Es la característica esencial de un gran número de especias y de muchos miembros de la familia de las crucíferas. Entre las primeras, las pertenecientes al género Capsicum como el chile rojo y el verde, cuyo principio activo es la capsaicina o las pertenecientes al género Piper nigrum —pimienta negra y blanca— cuyo principìo activo es la piperina.

El otro grupo, con características estructurales diferentes a los componentes de las especias, es el de la familia de las crucíferas. Entre ellas: el rábano picante, mostazas blanca y negra también picantes pero en menor grado y los vegetales del género Brassica, como las coles de bruselas o la coliflor. Las células de estas plantas contienen unos compuestos llamados glucosinolatos. Al morder, masticar, cortar o rallar, es decir, al romper los tejidos, estos compuestos entran en contacto con una enzima dando lugar a la formación de isotiocianatos responsables del sabor picante. Cuando estos vegetales se calientan, se produce la destrucción de la enzima y se originan, en lugar de isotiocianatos, compuestos con azufre que son los responsables del mal olor (Sección 1.8.1). Sabor astringente Suele ser una característica apreciada en la fruta, en la sidra y especialmente en el té y el vino en los que se asocia con un alto contenido de sustancias polifenólicas, los taninos, responsables también del color.

1.8.3.

Mecanismos de producción de sabores y olores

Los productos responsables del olor y sabor de los alimentos se generan:

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— Por mecanismos biosintéticos: Transformaciones efectuadas por enzimas propias o añadidas y por microorganismos contaminantes o añadidos. — Por efecto de altas temperaturas: cocción, asado, freído, esterilización... Durante todas estas transformaciones se producen gran número de compuestos, muchos de ellos volátiles y por tanto con gran repercusión en el aroma de los alimentos. De todos los alimentos en estado natural, las frutas y las verduras son las que contienen mayor cantidad de compuestos volátiles y no volátiles responsables del aroma y el sabor. Estos compuestos no se hallan distribuidos de forma homogénea (ni cuali ni cuantitativamente) como se puede comprobar en la cebolla; las capas internas tienen una mayor concentración de agentes volátiles y lacrimatorios que las externas. Existen muchos factores que influyen en los ciclos bioquímicos y por tanto en la producción de aromas: — Genética: lo que hace que existan diferencias incluso dentro de la misma variedad de producto. — Condiciones climatológicas: temperatura, cantidad de agua y sol... — Formas de cultivar: riego, fertilizantes, hormonas añadidas... — Condiciones de maduración: en la planta o en la cámara de almacenamiento. — Condiciones de almacenamiento: temperatura, disponibilidad de oxígeno... La química de los aromas ocupa un lugar importante a nivel industrial, ya que las investigaciones acerca de los compuestos aromatizantes y sus propiedades sensoriales sirven para conocer y mejorar las cualidades de sabor de los alimentos y por tanto para aumentar el placer y la satisfacción mental experimentada al comer. La extracción e identificación de compuestos heterocíclicos, presentes a nivel de trazas en los alimentos, permite realizar la síntesis de sustancias para su posterior utilización como aromatizantes. En la figura 1.6 se muestran una serie de compuestos heterocíclicos preparados en laboratorio (1-4) y en los que los tests de aroma han sido realizados por personal experto en perfumes y aromas a partir de soluciones de etanol al 1% en el caso de derivados de tiazoles y del 5% para el caso de oxazoles.

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FIGURA 1.6. Estudio, basado en el olfato, de una serie de oxazoles y tiazoles (imagen sacada de Láctualité Chimique, abril 2002).

PRINCIPALES PROCEDIMIENTOS PARA LA ELABORACIÓN DOMÉSTICA DE LOS ALIMENTOS En esta parte veremos algunas de las operaciones necesarias para la elaboración de los alimentos en el hogar, así como su relación con distintas variables fisicoquímicas.

1.9.

CORTAR Y PICAR ALIMENTOS

Un procedimiento muy común utilizado en la cocina es el troceado de los alimentos. Uno de los factores que influyen en la velocidad de un proceso es la superficie de contacto entre los reactivos. Un aumento en la superficie de contacto conlleva generalmente un aumento en la velocidad de reacción y esto traducido a términos culinarios sería: «los alimentos se cuecen más rápidamente cuando están cortados en trozos que cuando están enteros». Otros ejemplos que ilustran este principio: — Cuando se prepara un café siempre quedará más cargado cuanto más molido esté.

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— El bicarbonato sódico (NaHCO3) pulverizado tiene una gran superficie de contacto y por tanto es muy apropiado para eliminar olores de la nevera o — También sabemos que si se quiere enfriar rápidamente cualquier bebida es mejor utilizar hielo en trozos. La acción de cortar y picar se lleva a cabo con cuchillos, tijeras, navajas, etc., que lógicamente cortarán mejor cuanto más afilados estén, ya que cuanto menor sea el área sobre la que se aplica una fuerza dada, mayor será la presión ejercida (P = F/S). Si reflexionamos sobre la forma de preparar un café nos daremos cuenta de que se realiza una extracción con agua y una filtración, procedimientos muy utilizados en química para separar sustancias. La extracción es una técnica utilizada para separar una/s sustancia/s de otras con las que se encuentra/n mezcladas y que presentan distinta solubilidad en el disolvente elegido, en este caso el agua. La filtración consiste en la separación de partículas sólidas de un líquido. Para obtener una bebida aromática de café, con un elevado contenido en sustancias sápidas y estimulantes, hay que realizar una serie de pasos o procesos en su preparación (cocción, extracción y filtración). En la mayoría de las cafeteras se extrae el polvo de café, colocado sobre una sustancia filtrante (papel, tela, plástico, vidrio, etc.), con agua hirviendo. En las máquinas de café exprés, creadas en Italia, la extracción se realiza rápidamente con agua a 100-110 °C y la filtración se acelera mediante presión (4-5 barr). El pH es muy importante para el sabor del café. Para una concentración de 42,5 g/L de café de tostado medio, el pH debe de estar entre 4,9 y 5,2. Cuando el pH es inferior a 4,9 el café adquiere un sabor demasiado ácido y a pH = 5,2 es más amargo. Las distintas procedencias proporcionan infusiones con distintos valores de pH.

1.10.

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ÁCIDOS Y BASES EN LA COCINA

Todas las personas aunque no tengan conocimientos de química están muy familiarizados con los términos ácido y base. Es sabido que el ácido clorhídrico forma parte de los jugos digestivos del estómago, que los limones tienen ácido cítrico y el vinagre ácido acético o que el hidróxido cálcico se utiliza para encalar paredes. Basándose en las propiedades comunes de los compuestos conocidos, los científicos en los primeros tiempos del desarrollo de la química y empleando los recursos disponibles (vista, tacto, gusto y olfato), los clasificaron como ácidos o bases. Igual que existe una forma sencilla de determinar en el laboratorio la acidez o basicidad de una sustancia mediante el uso de los llamados indicadores, también los alimentos contienen sustancias que pueden actuar como tales, permitiendo identificar en la cocina ácidos y bases. Por ejemplo la lombarda contiene gran cantidad de antocianinas (sección 4.7.3.1). Cuando la lombarda se ralla (se aumenta su superficie) y se deja en un recipiente con agua aparece un color rojo fuerte que cambia según se añada zumo de limón (medio ácido) o amoniaco o bicarbonato sódico (medios básicos). El color de muchos vegetales así como el aspecto de frutas, verduras y ensaladas está estrechamente relacionado con los ácidos y las bases. Si el vegetal contiene clorofila y carotenos (más estables a los ácidos), la adición de un ácido hace que aparezca un color pardo. Esta es la explicación de porqué el vinagre se añade a las ensaladas justo cuando se van a comer. Los ácidos fundamentalmente cítrico y acético y las bases principalmente bicarbonato sódico son de uso común en la cocina. Así: La adición de bicarbonato a los vegetales (sección 1.7.1) permite mantener su color verde, mientras que si se añade zumo de limón a las alcachofas se evita su ennegrecimiento. El color marrón que se observa en las alcachofas recién cortadas es debido a una reacción enzimática que se produce y que se ralentiza por el medio ácido creado y por la acción antioxidante de la vitamina C.

1.11. 1.11.1.

FORMAS DE CONSERVAR ALIMENTOS Enfriamiento y congelación

La primera patente norteamericana para la fabricación de un refrigerador fue presentada por Jacob Perkins en 1834. El fundamento de la re-

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frigeración es aprovechar la capacidad de ciertos líquidos muy volátiles de enfriar al evaporarse; líquidos que posteriormente se comprimirán para licuarlos y volverlos a usar en un circuito cerrado. La ventaja de la refrigeración, y en particular de la congelación es la inhibición de gran número de reacciones químicas y enzimáticas, lo que permite por ejemplo controlar el envejecimiento de los quesos, así como la reducción del desarrollo microbiano. También conserva el CO2 de los refrescos y cervezas al aumentar la solubilidad del gas con las bajas temperaturas. En las disoluciones de gases en líquidos, la solubilidad disminuye normalmente al aumentar la temperatura. Todos hemos observado que, al calentar, incluso con las manos, una bebida carbónica, aumenta el desprendimiento de burbujas debido al dióxido de carbono disuelto. El que la mayoría de estos procesos sean exotérmicos se puede entender fácilmente si pensamos en un proceso en dos pasos: 1.

Licuefacción del gas, que es un cambio exotérmico y

mezcla del gas con el disolvente, proceso en el que generalmente ∆H es igual a cero.

Pero no todo son ventajas:

Según vemos en la figura y de acuerdo con la ley de Raoult la temperatura de congelación de una disolución que contiene solutos no volátiles (—) es inferior a la del disolvente puro (----).

En muchos casos, aún a temperaturas (0-15 °C) o incluso a temperaturas de congelación (<0 °C), se presentan transformaciones que originan alteraciones indeseables. Esto se debe a que los alimentos al tener disueltas sustancias de bajo peso molecular, como sales o azúcares, hacen que existan zonas ricas en solutos cuya temperatura de congelación, de

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acuerdo con la ley de Raoult, disminuye considerablemente. De esta forma cuando un alimento se congela comercialmente no todo el agua presente se transforma en hielo, sino que quedan zonas ricas en solutos donde se producen modificaciones de: pH, concentración de reactivos, fuerza iónica, viscosidad, tensión superficial, etc., y. en las que pueden ocurrir, a pesar de las bajas temperaturas existentes, reacciones químicas como la desnaturalización de proteínas, oxidación de lípidos... Además el hecho de congelar también produce modificaciones en los alimentos a causa del cambio físico del agua. Dependiendo de la temperatura final, el aumento de volumen que ocurre en la congelación es de 810%, lo que ocasiona daños en los tejidos animales y vegetales. Se producen también cambios en la textura de los alimentos, desnaturalización de proteínas y rotura de las emulsiones como ocurre al congelar la leche. La velocidad de congelamiento es un factor determinante en la formación y localización de los cristales de hielo. El congelamiento lento es más dañino que el rápido ya que afecta más a la membrana celular. Por otro lado hay que señalar que los cristales de hielo en los alimentos no mantienen su tamaño durante su almacenamiento a bajas temperaturas, sino que continúan creciendo a expensas de los de menor tamaño debido a que estos tienen un área mayor, lo que hace que su presión de vapor aumente, y por lo tanto, que migren las moléculas de agua más fácilmente. Finalmente subrayar que, ni la refrigeración ni la congelación esterilizan los alimentos, ya que en cuanto se sacan del refrigerador los organismos supervivientes recuperan su actividad, reiniciando su crecimiento y multiplicándose.

1.11.2.

Escabeches

Según el diccionario de la Real Academia, escabeche «es la salsa o adobo que se hace con aceite frito, vino o vinagre, hojas de laurel y otros ingredientes para conservar y hacer sabrosos los pescados y otros alimentos». El escabechado ha sido un proceso culinario muy utilizado en tiempos pasados, principalmente en el medio rural cuando tenían necesidad de conservar los alimentos, fundamentalmente pescados y caza, durante largos períodos de tiempo y no disponían de los modernos métodos de refrigeración.

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La característica común de los escabeches es la cocción en medio graso y/o acuoso y la adición de vinagre y laurel que le imparten su sabor característico El vinagre además, debido a su carácter ácido evita el crecimiento bacteriano durante el período de maceración. Una vez cocinado, los componentes sólidos quedan recubiertos de una capa oleosa-acuosa que impide el contacto con el oxígeno del aire, es decir la oxidación, sequedad y ranciedad, lo que explica que los escabeches puedan consumirse tiempo después de estar cocinados, incluso sin guardarse en el frigorífico. Además de vinagre, laurel y sal (ingredientes básicos) se utilizan otros, en función del alimento y de los gustos del que los prepara. No suele utilizarse pimienta negra ya que sus componentes (piperina y piperidina, de carácter básico y responsables del sabor picante), al ser un guiso de carácter ácido, se neutralizan formando compuestos neutros no aromáticos. Aunque las bacterias prácticamente carecen de actividad en estos productos, las levaduras y mohos si pueden tenerla. Por ello los recipientes destinados a contener escabeches deben lavarse con una solución en caliente de carbonato sódico, seguido de un enjuague con agua hirviendo y llenándose después y cerrándose herméticamente.

1.11.3.

Salazones

Es un procedimiento, que se ha aplicado a distintas clases de productos perecederos por muchas civilizaciones primitivas. Se basa en la difusión que se produce debida a la presión osmótica y en virtud de la cuál el agua de una disolución salina de menor concentración pasa, por ósmosis a otra más concentrada que la rodea (Figura 1.7).

FIGURA 1.7. Conservación de alimentos por la sal. Acción osmótica.

Esta concentración, llamada fisiológica, va aumentando hasta que se alcanza el equilibrio, es decir, hasta que la concentración de sal es igual

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en las células y en la salmuera. Las paredes celulares se desnaturalizan y se rompen. En el caso del pescado, las proteínas empiezan a coagular, libera sus propios enzimas y flora microbiana y comienzan a formarse aromas típicos de un pescado comestible. Una mayor concentración salina dará lugar a que se frene la actividad de enzimas y microorganismos, al alcanzarse la cantidad mínima de agua por debajo de la cuál son imposibles sus actividades, consiguiendo así una vida útil del pescado más prolongada aunque a costa de perder algunos aromas.

1.12.

COCINADO, COCCIÓN O TRATAMIENTO CULINARIO

Podemos definir el cocinado o cocción «cómo el aumento de la temperatura de los alimentos hasta un punto y durante un tiempo suficiente para ocasionarles un cambio irreversible». Existen una serie de razones por las que se cocinan los alimentos. Entre ellas: — Se originan una serie de transformaciones que les hace más digestibles y a la vez más apetecibles. — La mayoría de las enzimas se desnaturalizan fácilmente a temperaturas de 70-80 °C durante cinco minutos, lo que hace que se conserven mejor los alimentos cocinados que los crudos. — Se mejora la textura, color y olor y — además el calentamiento es un método muy útil para destruir los microorganismos de los alimentos. Según sea el tipo de cocción, la intensidad del calor suministrada y el tiempo, los alimentos presentarán aspecto y sabores diferentes. En la cocina y de acuerdo con el medio líquido o gaseoso utilizado para suministrar calor a los alimentos, podemos distinguir cinco tipos de procesos:

Medio genérico ACUOSO GASEOSO GRASO

Medio específico

Proceso

Agua o leche Vino Vinagre Aire Grasa vegetal o animal

Cocer Estofar Escabechar Asar Freír

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El calor que recibe el alimento en su superficie, se transmite a través del mismo por conducción, lográndose al menos durante un cierto tiempo un gradiente de temperatura entre el interior y la parte externa del alimento. En cuanto al tiempo de cocción hay dos parámetros con influencia directa: — La conductividad térmica y — el estado físico. A menor tamaño del alimento antes llega el calor al interior del mismo y antes se alcanza el punto de cocción. La función del medio de cocción, especialmente del medio acuoso, no es solo hacer de mero transmisor del calor desde la fuente externa al alimento, sino contribuir también de una forma clara al sabor final del plato preparado siendo la característica más destacable del medio graso su capacidad para soportar las altas temperaturas, responsables de la caramelización y de las reacciones de Maillard. Reacción de Maillard o pardeamiento no enzimático Bajo esta denominación se agrupan una serie de reacciones complejas, que se producen a temperaturas superiores a los 100 °C y que se presentan en los alimentos siempre que coexistan azúcares reductores (fundamentalmente glucosa, fructosa, maltosa, lactosa y en menor medida pentosas) con aminas, aminoácidos, péptidos o proteínas. Las reacciones de condensación del grupo carbonilo con el grupo amino conducen entre otros a la formación de: — Pigmentos coloreados que van desde amarillo claro hasta café oscuro e incluso negro, denominados melanoidinas, que contienen nitrógeno en cantidades variables, con distintos pesos moleculares y distinta solubilidad en agua. Estos pigmentos son los responsables del deseado y característico color de la costra que se forma en los alimentos durante el calentamiento en seco o con aceite y en los diversos postres a base de leche. — Compuestos volátiles con aromas diversos y tan deseados en los procesos de horneado o asado. — Compuestos amargos, deseables en productos como el café pero no en las carnes o pescados a la parrilla. — Compuestos con carácter fuertemente reductor, que contribuyen a estabilizar los alimentos frente a las reacciones de oxidación.

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— Compuestos con propiedades mutagénicas. — Pérdidas de aminoácidos esenciales: metionina y cisteína. Existen formas de evitar, cuando no se desea, las reacciones de Maillard mediante — — — —

Disminución del pH. Empleo de temperaturas lo más bajas posibles. Uso de azúcares no reductores y Adición de sulfitos.

Caramelización La fusión de azúcar o el calentamiento de jarabes de azúcar en presencia de catalizadores ácidos y/o básicos conduce a la formación de compuestos de color pardo con olor típico a caramelo. Esta caramelización se produce también cuando se fríen, hornean o asan patatas y en el horneado del pan. Es también la razón de que se acelere el pardeamiento de las carnes cuando se les aplica miel o salsa de soja (sustancias azucaradas) en su superficie. Las salsas de barbacoa suelen llevar líquidos azucarados, frecuentemente acompañados de un ácido, zumo de limón (ácido cítrico) o vinagre (ácido acético) que fragmentan la sacarosa en glucosa y fructosa, que reaccionan de forma más fácil con los aminoácidos, favoreciendo el pardeamiento.

1.12.1.

Propagación del calor

Calor es la energía transferida, a causa de una diferencia de temperatura, entre el sistema y sus alrededores. Hay tres formas de transferir energía a los alimentos a partir de una fuente calorífica: conducción, convección y radiación. Conducción Consiste en el transporte de energía entre elementos de volumen próximos, en virtud de la diferencia de temperatura. Es decir, que la energía

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se transfiere por contacto directo con la fuente de calor. El metal es un buen conductor y la cerámica un buen aislante; por eso aunque los alimentos se calientan más rápido en una sartén o cualquier otro recipiente metálico, se mantienen sin embargo calientes durante más tiempo en un recipiente cerámico. Convección La energía se transfiere por medio de fluidos. Se denomina corriente de convección a una corriente de líquido o gas que absorbe calor en un lugar y después se desplaza hacia otro, donde se mezcla con una porción más fría del fluido cediendo calor. Si el movimiento del fluido se produce por una diferencia de densidad que acompaña a la diferencia de temperatura, el fenómeno constituye la convección natural. Si se provoca el movimiento del fluido por la acción de una bomba o ventilador se trata de una convección forzada. Ejemplo claro de este tipo de transferencia de la energía es la ebullición. Radiación En la cocina la radiación se realiza por radiación térmica; es decir, radiación emitida por un sólido o un líquido en virtud de su temperatura. Una fuente de calor emite radiaciones que absorben los cuerpos próximos. Ejemplo de este tipo de transferencia de calor son los asados en el horno o a la parrilla.

1.13.

COCCIÓN EN MEDIO ACUOSO

Es uno de los procedimientos más empleados en la cocina debido a la rapidez, economía y facilidad que implica el uso del agua. La rapidez se debe a las corrientes de convección que se producen en su seno, que aseguran un agitado continuo de los alimentos y permiten una uniformidad de cocinado. El agua además es un buen disolvente de especias y de sales utilizadas para sazonar. Cuando se cocina pescado, es recomendable hacerlo en un medio ácido debido a que: — Coagula las proteínas del pescado y — elimina los desagradables olores azufrados y amoniacales (debido a las aminas) que se producen.

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Esta es también la razón por la que se suele poner un pequeño recipiente con agua y limón para limpiarse los dedos después de comer ciertos alimentos, como mariscos. La cocción de un huevo implica complicadas reacciones químicas: — Si los huevos se ponen directamente del frigorífico en agua hirviendo, sus cáscaras no pueden expandirse poco a poco y se agrietan. Si se adiciona al agua un poco de sal o vinagre sólo saldrá un poco de clara que coagulará inmediatamente, impidiendo la salida posterior de la misma. — Durante la ebullición y por coagulación de las proteínas se forman moléculas como: H2O, CO2 y SH2 de repugnante olor. Cuando un huevo duro se enfría el SH2 reacciona con el Fe de la superficie de la yema formándose FeS de color negro. Sin embargo si el enfriamiento es rápido, el calor se elimina, no hay energía suficiente para que se dé la reacción anterior y la yema permanece amarilla. Además la cáscara se vuelve más frágil y es más fácil de pelar. Cuando se cocinan las legumbres, como la mayoría de las plantas comestibles, se hacen más digestibles. — Las judías blancas corrientes, salvo que sean viejas, no deben sumergirse en agua ya que se inician los cambios enzimáticos que llevan normalmente a la germinación. — Las lentejas, igual que las judías, saben mejor si no se mantienen en agua antes de cocerlas, esto es, sólo lavándolas. — Los garbanzos, por el contrario, deben sumergirse en agua durante toda la noche antes de cocinarlos, ya que de otra manera son casi imposibles de cocer. Dependiendo de la forma en que se realice, podemos hablar de cocción a reflujo o de cocción con evaporación controlada.

1.13.1.

Cocción a reflujo

Cuando se calienta un medio acuoso se produce un aumento de temperatura que hace que aumente el número de moléculas con energía cinética suficiente para superar las fuerzas de atracción de sus vecinas y escapar así a la fase gaseosa. Si esta evaporación tuviera lugar en un recipiente abierto la evaporación continuaría hasta que no quedara líquido. En cambio si la evaporación se lleva a cabo en un recipiente ce-

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rrado, se llega a establecer un equilibrio entre las fases líquida y vapor, llamándose presión de vapor a la presión ejercida por las moléculas en la fase gaseosa. Es decir que el «reflujo» no es ni más ni menos que la vuelta al medio acuoso de los vapores condensados en el recipiente. El reflujo es importante ya que impide o palia que las moléculas aromáticas (por ejemplo, cuando se cocina con vino, cerveza, etc.) escapen a la atmósfera permitiendo obtener así platos más sabrosos. También permite mantener la dilución, importante para regular el pH y evitar decoloraciones o texturas inapropiadas como en el caso de la cocción de verduras y hortalizas. En la cocina esto se consigue poniendo una tapadera al recipiente. Si esta ajustara perfectamente estaríamos en el caso de la olla a presión, mientras que si no ajusta perfectamente, algo de vapor escapa a la atmósfera. Esta pérdida de vapor podría minimizarse disminuyendo la presión de dos formas diferentes: a) Aumentando la velocidad de condensación, que se consigue invirtiendo la tapadera cóncava del recipiente y poniendo en ella un poco de agua fría que se irá reponiendo a medida que sea necesario o b) disminuyendo el calor aportado hasta conseguir una ebullición suave.

1.13.2.

Baño maría

Consiste en cocer un alimento en un recipiente que se sumerge a su vez en otro con agua hirviendo. Este procedimiento de cocción permite controlar la temperatura (se mantiene constante) y evitar así el exceso de calor. Es muy apropiado para cocer flanes, tocino de cielo y para hacer lentamente revuelto de huevos.

1.13.3.

Olla a presión

Un diagrama de fases de una sustancia muestra la relación de las temperaturas y presiones de equilibrio de las diferentes fases: líquido, sólido y vapor de dicha sustancia. De acuerdo con el diagrama de fases del agua (Figura 1.8), a una determinada presión atmosférica existirá una temperatura máxima de equilibrio entre el vapor y el líquido, temperatura de ebullición del H2O (100 °C a 1 atmósfera), que será constante mientras quede agua en estado líquido.

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FIGURA 1.8. Diagrama de fases del H2O

De esto se deduce que existirá de acuerdo con la presión atmosférica una temperatura máxima a la que se puedan hervir los alimentos y que por mucho que se aumente el calor al recipiente lo único que conseguiremos es evaporar el agua más deprisa, pero nunca disminuir el tiempo de cocción del alimento que transcurre a temperatura constante. La forma de acortar este tiempo sería utilizando una olla a presión. En ella se genera una presión interna más alta que la presión exterior, que hace que aumente la temperatura de ebullición del agua y por tanto se reduzca el tiempo de cocción de los alimentos.

1.13.4.

Cocción con evaporación controlada

Se realiza en recipientes destapados y actuando sobre el fuego como ocurre cuando se cocina paella, donde han de coincidir exactamente el punto de cocción del arroz con la casi total evaporación del medio de cocción. Por cocción las paredes de los vegetales y muy especialmente de las legumbres frescas se vuelven porosas y se debilitan; el agua entra por ósmosis al interior de las células para reducir su concentración salina e igualarla con la del medio, haciendo que se hinchen y se vuelvan tiernas. Si se añade sal se produce el efecto contrario, el agua sale de las células al medio de cocción, perdiendo la tersura y volviéndose duras. Cuando se cuecen judías verdes la sal se añade casi al final para prevenir el endurecimiento.

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1.14.

COCCIÓN EN MEDIO GRASO

Cocer en medio graso es sinónimo de freír. La sartén caliente transfiere su energía calorífica directamente al alimento por conducción y por convección vía el aceite. El aceite ejerce las siguientes funciones: — Permite alcanzar temperaturas mucho mayores que con el agua, estando la temperatura de cocción limitada por el punto de humo o temperatura a la que la grasa que se utiliza empieza a dar signos de descomposición, como olor a frito, formación de humos, etc. — Mejora el contacto entre la sartén y el alimento. — La alta temperatura del aceite produce reacciones de caramelización y de Maillard en las proteínas que hacen muy apetitosos los alimentos fritos. — Lubrica los alimentos facilitando su deglución. El aceite que tiene el punto de humo más alto, entre las grasas utilizadas en cocina, es el aceite de oliva y también es el más estable a la rancidez y por tanto puede reutilizarse varias veces si no se deja pasar mucho tiempo de una a otra y si no se sobrecalienta. En el grado de rancidez de un aceite utilizado influye también el alimento que se haya frito: un pescado azul con un alto contenido en grasas poliinsaturadas acelera la degradación. Lo que le sucede a un alimento cuando se somete a un proceso de cocción en medio graso, depende del tipo de alimento y sobre todo de la temperatura del aceite (no sólo de su valor sino también la constancia de la misma). Cuando la temperatura es la adecuada, se forma en la parte externa del alimento una costra o corteza de olor y sabor agradables (reacciones de Maillard) que va a impedir la entrada de aceite al interior del alimento así como la salida de agua hacia el exterior, permitiendo que el alimento esté crujiente por fuera y jugoso por dentro. En la práctica, esto no ocurre con todos los alimentos y para optimizar el proceso se recurre a técnicas complementarias, como son el enharinado, rebozado y empanado. La harina tiene como función además de ayudar a formar la costra, absorber el exceso de humedad e impedir que los alimentos frágiles como la carne de los pescados se pegue al fondo de la sartén y se rompa durante la fritura. Evita además las salpicaduras de aceite y disminuye el tiempo de freído ya que se evapora menor cantidad de agua.

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Dentro de las hortalizas, las berenjenas requieren un proceso de recubrimiento antes de freírse debido a la estructura reticular de su tejido interno, que hace que absorban aceite hasta dos o tres veces su peso. Contienen un alcaloide llamado solanina que es tóxico, por lo que no pueden comerse crudas. Debido a estos componentes amargos de carácter alcalino ha de añadirse vinagre o zumo de limón y sal para favorecer su neutralización y expulsión.

— Cuando se fríen huevos el SH2 se elimina en el aire y no influye en el aroma de las tortillas, los fritos o los revueltos. Estos últimos deben hacerse siempre añadiendo un poco de líquido extra (agua o leche) que hace que la temperatura de coagulación suba a unos 80 °C. De lo contrario, la cocción lenta que necesitan los haría más secos. — Cuando se fríe pescado y debido a que éste baja mucho la temperatura del aceite, se recomienda que la proporción de pescado/aceite sea de 1:10.

1.15.

COCCIÓN EN MEDIO GASEOSO

Cocer en medio gaseoso es sinónimo de asar, del latín assare: hacer comestible un manjar por acción directa del fuego o del aire caliente rociándolo a veces con grasa o cualquier otro líquido. Según el sistema utilizado para suministrar calor tendremos asados al horno, a la plancha, a la brasa, etc, siendo los dos primeros los más adecuados para verduras y hortalizas. Al parecer los antiguos egipcios hace aproximadamente 6000 años ya empleaban hornos para la fabricación del pan.

1.15.1.

Asados al horno

La transferencia de calor se produce por radiación de las paredes del horno y también por convección a través del medio gaseoso, el aire. Se pueden alcanzar temperaturas de 260 °C. Por este motivo es un proceso relativamente lento, idóneo para piezas grandes que necesitan tiempo para que el calor penetre en el centro.

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Como el aire es un medio mucho menos denso que el agua, la transmisión de calor es mucho menos eficiente que en el agua y por eso el tiempo que tarda una patata en cocerse a 100 °C es menor que el tiempo que tarda en asarse, incluso a 180 °C. Además las corrientes de convección del agua son mayores que en el horno al estar cerrado.

— El hueso de las piezas de carne ayuda a conducir internamente el calor y mejora el sabor. — Cuando se aplican líquidos a la superficie de una carne, se disminuye la temperatura y se asa más lentamente. — Las aves rellenas deben asarse a la mayor temperatura posible para tener la seguridad de que el relleno está bien asado y no se pase la carne.

1.15.2.

Asados a la brasa

Con este procedimiento el alimento se somete, a poca distancia, a la acción directa de energía emitida por un cuerpo incandescente que puede ser leña, carbón, una resistencia eléctrica, etc. La temperatura de las brasas puede alcanzar unos 1100 °C lo que explica la rapidez con que se producen las reacciones de Maillard y se dora la carne. La transferencia de calor se produce por radiación (superior a la emitida por un horno, a igualdad de superficie caliente), cierta convección vía los pocos centímetros de aire que separan al alimento de la fuente calorífica y de forma más lenta por conducción a través del alimento. La obtención de un buen asado requiere que ambas velocidades de radiación y de conducción sean iguales lo que se logra jugando con los siguientes factores: potencia de las brasas, tipo de pieza, grosor, distancia a las brasas y tiempo de permanencia.

1.15.3.

Asados a la plancha

Procedimiento mediante el cuál el alimento se pone sobre una plancha de acero caliente, previamente cubierta de aceite. El aceite tiene dos funciones. Servir de antiadherente para que los alimentos no se peguen y de difusor del calor.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Las planchas pueden ser eléctricas, o de gas más rápidas y fáciles de regular la temperatura, pudiendo alcanzar con ellas temperaturas del orden de 1100 y 1600 °C respectivamente. En los asados a la plancha la conducción es la principal forma de transmisión del calor. La gran ventaja del asado al aire o con plancha sobre el asado al horno, estriba en que el agua que se desprende del alimento se evapora. En un horno la humedad no puede escapar, la costra superficial formada se ablanda, se puede evaporar más agua y hasta cierto punto cocerse el alimento al vapor lo que hace que sea menos jugoso.

1.16.

MICROONDAS

El efecto de las microondas en los alimentos fue descubierto en el Reino Unido en 1940 por Percy Spencer, cuando accidentalmente al apoyarse en un tubo transmisor de microondas, el azúcar que llevaba en un bolsillo se fundió. Los primeros intentos para encontrar aplicaciones industriales a esta «nueva forma de calentar» no tuvo mucho éxito, hasta que en 1955 la introducción de un horno microondas en un restaurante generó algún entusiasmo por esta técnica. Es en las décadas de 1960 y 1970 cuando la industria japonesa comienza la comercialización del horno microondas para uso casero, alcanzándose en 1977 una cifra de producción de dos millones de unidades. Se trata de otro método culinario por irradiación, muy rápido (puede calentar un líquido casi a ebullición en menos de un minuto, recuperando además el recipiente casi frío) y por lo tanto más barato ya que consume menos energía y además se producen muy pocas pérdidas de nutrientes. En el microondas el generador de radiación (magnetrón) del horno produce radiación de microondas que oscila a 2,45.109s–1. Estas ondas electromagnéticas poseen energía suficiente para hacer vibrar a moléculas pequeñas y polares como el agua (H+-OH–) sobre las que actúan transfiriendo así su energía. De esta forma el alimento, que suele tener un alto contenido de agua, se calienta muy deprisa en su interior pero no se tuesta. Por eso a veces los hornos microondas llevan incorporado un grill adicional. El mecanismo de calentamiento de disolventes por microondas está relacionado con la existencia de un dipolo eléctrico en las moléculas, que en el caso del agua aparece como consecuencia de la diferente den-

QUÍMICA EN LA COCINA

sidad electrónica que poseen el oxígeno y el hidrógeno, así como de la geometría angular de la molécula. Los disolventes polares calentados en un horno microondas hierven casi siempre a temperaturas superiores (en el caso del agua y disoluciones acuosas es aproximadamente 8 °C, mientras que en otros disolventes orgánicos como metanol, etanol o acetonitrilo, es incluso más elevada, del orden de 30-35 °C) a las de sus puntos de ebullición tabulados. Esto es debido a que: — Cuando se calienta con una fuente calorífica convencional las paredes del recipiente se encuentran siempre a una temperatura más alta que la disolución lo que provoca una mayor formación de burbujas en su interior A una cierta temperatura, dichas burbujas ascienden a la superficie y cuando alcanzan un determinado volumen, escapan y se produce la ebullición. — Al calentar en un microondas las paredes del recipiente están generalmente más frías que la disolución, ya que frecuentemente los materiales de que están fabricados —vidrio o teflón— presentan baja adsorción a las microondas. De esta forma el disolvente próximo a las paredes está más frío que en el caso anterior para propiciar la formación de burbujas y como resultado la masa de disolvente se puede calentar a temperaturas más altas sin que alcance el punto de ebullición. Debido a este sobrecalentamiento, los líquidos calentados en microondas deben manipularse con precaución para evitar que una súbita ebullición pueda causar un accidente. Como conclusión señalar que: Cada uno de los métodos de cocinado citados tiene sus características y su influencia en el alimento. La elección de uno u otro será función: del tipo de alimento, del plato a preparar y en ultima instancia de las preferencias personales. Sin embargo, cualquiera que sea el procedimiento elegido no deben utilizarse, para cocinar ciertos alimentos, utensilios exclusivamente de aluminio o hierro debido a que éstos elementos se ionizan y actúan como catalizadores acelerando la oxidación de sustancias insaturadas.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

1.17.

BILIOGRAFÍA

Libros BADUI, S.: Química de los alimentos. Addison Wesley. Mexico. 1999. BELITZ, H. D. y GROSCH, W.: Química de los alimentos. Acribia, S.A. Zaragoza. 1997. BLOK, R. y BULWIK, M.: En el desayuno también hay química. Ed. Magisterio del Río de la Plata. Argentina. 1995. COENDERS, A.: Química culinaria. Acribia, S.A. Zaragoza 2001. CÓRDOVA FRUNZ, J. L.: La química y la cocina. Fondo de cultura económica. México. 1996. COULTATE, T. P.: Food, the chemistry of its components. The Royal Society of Chemistry. 1999. FAYLE, S. E. and GERRARD, J. A.: The Maillard Reaction. The Royal Society of Chemistry. 2002. FENNEMA, O. R.: Química de los alimentos. Acribia, S.A. Zaragoza 1993. FISHER, C. and SCOTT, T.: Food flavours, biology and Chemistry. The Royal Society of Chemistry. 1997. MC CANCE and WIDDOWSON´S: The composition of foods. The Royal Society of Chemistry. 2001. MOORE, J. W. et al.: El mundo de la química. Addison Wesley. Mexico. 2000. Editor-in-chief NINA HALL: The New Chemistry. Cambridge University Press. 2000. PÉREZ CONESA, J.: Cocinar con una pizca de ciencia. IJK editores. 1998. PRIMO YÚFERA, E.: Química de los alimentos Síntesis. Madrid. 1998.

Revistas (1) FAVREAU, S.; LIZZANI-CUVELIER, L.; LOISEAU, M.; DUÑACH, E., y FELLOUS, R.: Tetrahedron Lett., 2000, 41, p. 9787. (2) FERNÁNDEZ, X.; DUÑACH, E., y FELLOUS, R.: Tetrahedron Lett., 2000, 41, p. 3381. (3) FERNÁNDEZ, X.; FELLOUS, R.; LIZZANI-CUVELIER, L.; LOISEAU, M., y DUÑACH, E.: Tetrahedron Lett., 2001, 42, p. 1519. (4) FERNÁNDEZ, X., y DUÑACH, E.: Tetrahedron Asymm., 2001, 12, p. 1279. — L’actualité Chimique, n.o 4, abril, 2002.

Tema 2 LA QUÍMICA Y EL VINO Concepción Barthèlemy González

ESQUEMA DE CONTENIDOS 2.1. Orígenes del vino 2.2. Historia del vino 2.3. Composición de la uva 2.3.1. La vendimia 2.3.2. La fermentación 2.4. Definición general del vino 2.4.1. Los componentes del mosto y del vino 2.5. La enología 2.6. Elaboración de los vinos 2.6.1. Vinos blancos 2.6.2. Vinos rosados 2.6.3. El vino tinto 2.6.3.1. Crianza y envejecimiento del vino 2.7. Técnicas de producción de vinos especiales 2.7.1. Vinos espumosos: su origen 2.7.1.1. Métodos de elaboración y características 2.7.2. Vinos de Jerez 2.8. Defectos y enfermedades del vino 2.8.1. Defectos del vino 2.8.1.1. Defectos en el color 2.8.1.2. Defectos en el sabor 2.8.2. Enfermedades del vino 2.9. Introducción a la cata 2.9.1. La cata del vino: Metodología 2.9.1.1. Fase visual 2.9.1.2. Fase olfativa 2.9.1.3. Fase gustativa 2.9.1.4. El tacto 2.10. Bibliografía

2.1.

ORÍGENES DEL VINO

El escritor francés Jean Kenderland afirma que en la época de la civilización lacustre, hace doce mil o quince mil años, existía ya el vino, es decir, el producto fermentado de la uva. En la gastronomía, entró primero en Roma y Grecia y después en las Galias, que fue donde se inventó el tonel. Es a partir de la época clásica cuando el vino está presente en la gastronomía occidental, mientras que lo ignoran las grandes cocinas orientales en las que gastronómicamente hablando nunca se usó el zumo de la uva fermentada. Desde el punto de vista histórico, la expansión geográfica del cultivo de la vid probablemente comenzó al sur del Mar Negro hacia 7500 a. C. Por el 7000 a. C. se introdujo en Egipto, Siria y Mesopotamia, y hacia el 2000 a. C. ya se cultivaba en Tracia, el sur de Grecia, Creta, Toscana, Sicilia y África del Norte. En el año 500 a. C. empezó a cultivarse en Marsella, Irán y el SE de Arabia. Entre los años 125 y 150 de nuestra era, pasó a Burdeos y Provenza; en los s. I al III se introdujo en las regiones del Loira y de Borgoña, y en el s. IV se empezó a cultivar en el valle del Rin y en Inglaterra. Posteriormente, en el s. XVI los españoles y los portugueses importaron la viticultura al continente americano y al Japón respectivamente, llegando sus caldos a competir fuertemente con los vinos andaluces. Hacia el siglo XVII empezó su cultivo en el Perú y Florida y en el XVIII en California, Chile y África. Por último, hacia 1850 se empezaron a plantar viñedos en Australia y Nueva Zelanda.

2.2.

HISTORIA DEL VINO EN ESPAÑA

Desde hace tres mil años, cuando la vid llegó a España procedente de su cuna originaria, en el Mediterráneo oriental, el vino ha formado parte

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

de nuestra cultura. A partir de ese momento, el cultivo de los viñedos, la vendimia y la elaboración del vino han influido y se han dejado influir a su vez, por la evolución histórica, económica y social de España. De hecho, nada de lo que hoy forma parte del amplio mundo del vino, las tecnologías aplicadas a la mejora de calidad, los análisis químicos, el desarrollo de la enología, etc., recuerdan a aquellos primeros cultivos artesanales que los fenicios trajeron consigo cuando, allá por el año 1100 a. C., arribaron a las costas de Cádiz y Tartessos en busca de tierras donde plantar olivos y vides para abastecerse de alimentos, después de que deforestaran su suelo para el asentamiento de manufacturas de vidrio, cerámica y telas preciosas. Así relata Estrabón, geógrafo griego del siglo I a. C., en su libro «Geografía», la llegada de la vid jerezana a la Península, igualmente recogido por Rufo Festo Avieno, historiador romano del siglo IV d. C. en su libro «Ora Marítima». Estos textos han sido luego corroborados por el hallazgo de dos lagares en el yacimiento fenicio del siglo VII a. C. del Castillo de Doña Blanca, a 4 km de Jerez. Hasta el nordeste y el levante español llegaron también fenicios y griegos. En las tierras catalanas del Penedés ya se cultivaban en la primera mitad del siglo IV a. C. muchas de las variedades tintas traídas de Oriente Medio y de Egipto; y donde ahora se extienden los viñedos de Utiel-Requena, se practicaba la vinicultura desde los siglos V-IV a. C. y probablemente con anterioridad, como prueban los restos ibéricos y las ánforas fenicias encontradas en Los Villares. También se hallaron aquí las primeras copas griegas que se remontan al siglo VI a. C. Asimismo, es habitual encontrar en esta zona o en poblados próximos a ella, pepitas de uva y servicios que se utilizaban para consumir el vino. Con la llegada de griegos y romanos, se introdujeron en la Península nuevos métodos de elaboración que se conservan aún hoy, en algunas regiones españolas. Los griegos por ejemplo, cocían el mosto recién fermentado para conseguir vinos que resistieran el transporte y conseguir así caldos con altas graduaciones, a los que luego había que añadirles agua. Eran vinos que tenían muchas impurezas siendo necesario mezclarlos con otras sustancias depuradoras como ámbar, pez o resinas. El asentamiento del imperio Romano en la Península supuso además, el comienzo de una importante corriente comercial. Desde el sur, los gaditanos vendían a Roma aceite de oliva, vinos y preparados de pescado y, los romanos cultivaron los viñedos de la zona sur de Córdoba, para enviar luego sus vinos a la metrópolis. Más adelante durante la dominación árabe en España, aunque la ley coránica prohibía el consumo de alcohol y se frenó el cultivo de la vid, no

LA QUÍMICA Y EL VINO

llegó a desaparecer sino que continuó cultivándose para el consumo de uva de mesa e incluso, según algunas referencias, para el vino de Málaga al que llamaban «sharab al malaquí» y para el califato de Córdoba donde era reconocida la calidad de los vinos Moriles - Montilla. Curiosamente, las primeras noticias escritas que nos han llegado de los vinos de Alicante fueron registradas por poetas árabes que cuentan en verso sus excelencias. También el consumo del Jerez se mantuvo sin problemas hasta que en 996 el Califa Alhaken II decidió por presiones religiosas, arrancar todos los viñedos. Los jerezanos, conocida esta decisión, alegaron la utilización de la uva para elaborar las pasas con que alimentar a los guerreros en su Guerra Santa, evitando que se desceparan dos tercios del viñedo. En esta época de la Edad Media las órdenes monásticas también jugaron un importante papel en la propagación y mantenimiento de la cultura del vino. En el reino de León, los monjes benedictinos de Cluny fueron los que llevaron las vides a la Ribera del Duero. El vino de Rioja, ya era mencionado por Gonzalo de Berceo en los versos que escribió desde su retiro en el Monasterio de Suso en San Millán de la Cogolla y la Orden militar de Calatrava que, hasta 1584 gobernó la zona donde hoy se extienden los viñedos de Valdepeñas, hizo mucho por el vino de la región que se consumía en la corte durante el reinado de Felipe II y que por mucho tiempo ha tenido en Madrid su principal mercado. A medida que avanzaba la Reconquista y se fraguaba la reunificación de España, la producción de vino experimentó un desarrollo espectacular. A orillas del Duero, las tierras que habían quedado desocupadas durante los enfrentamientos entre musulmanes y cristianos se llenaron de campesinos que cultivaron la vid. A ello es debido que en el siglo XIII ya existieran en esta comarca numerosas bodegas. La conquista de Jerez por Alfonso X el Sabio en 1264, benefició a los vinos jerezanos que desde hacía un siglo ya se enviaban a Inglaterra —de ahí el nombre árabe de «Sherish» que los ingleses dieron al vino Jerez—. El acuerdo alcanzado por Enrique I de cambiar lana por vino de Jerez, propuesta que anteriormente no habían aceptado los franceses con su vino de Burdeos, benefició tanto las exportaciones, que en 1402 Enrique III de Castilla, para evitar el deterioro de la uva, prohibió que se arrancara una sola cepa y que se instalaran colmenas cerca de los campos de vid. A partir de ese momento los vinos de Jerez se los disputan los comerciantes ingleses, franceses y flamencos. La demanda llega a ser tan espectacular, que provoca conflictos entre éstos y los agricultores y se hace necesario para regular la vendimia, la crianza y los usos comerciales, promulgar el

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

primer reglamento de esta denominación de origen: Las Ordenanzas de la Pasa y la Vendimia de Jerez. Aunque el Jerez fue el primero de los vinos en estar sometido a custodia legal, hubo después otras muchas regiones españolas en las que se dictaron normas para proteger la calidad de los vinos y defender la producción. Así, Alfonso X el Sabio establecía en el fuero de Requena de 1265, la figura de los binaderos, cuya misión era guardar los viñedos desde los tres meses anteriores a la vendimia. Otras ordenanzas municipales prohibían por ejemplo, introducir vinos cultivados en zonas diferentes, o la circulación de carretas por las calles donde había bodegas, prohibición esta última que adoptó en el año 1635 el alcalde de Logroño por temor a que las vibraciones de estos vehículos pudieran alterar los mostos y la maduración de los caldos. A finales del siglo XIX, España llegó a ejercer un verdadero monopolio del comercio mundial vinícola. (Hay datos de exportaciones de 17.000 barricas en 1840, a 70.000 en 1873, volumen que no llegaría a superarse hasta los años 50 del siglo XX). Las plagas de la ceniza y la filoxera —pulgón ésta última, de la familia de los afídidos, que vive sobre la parte aérea de la vid provocando la formación de agallas sobre las hojas—, que atacaron a los viñedos franceses, atrajo a los comerciantes, que llegaron dispuestos a introducir los métodos allí empleados como: disposición de cepas, maquinaria moderna, azufrado, control de fermentación, decantado, etc. La mayoría de las cosechas fueron empleadas para continuar abasteciendo al mercado francés muy exigente en cuanto a calidad, acostumbrado como estaba al excelente vino de Burdeos. Una década después, la plaga llegó a la península, pero ya no causó un efecto tan devastador como el que ocasionó en los viñedos franceses. Para solucionar el problema los viticultores replantaron sus tierras, injertando variedades europeas en pies americanos que eran más resistentes, y pudieron emplear, métodos más modernos diseñados, gracias a que la revolución técnica ya se había producido. La reconstrucción de los viñedos afectados, fue la ocasión histórica para implantar innovadoras técnicas que permitieran elaborar vinos de mejor calidad. Por eso, aunque la producción vinícola española se perjudicó considerablemente, ésta se pudo mantener entre los primeros productores mundiales junto con Francia e Italia. Como ejemplo del elevado potencial de nuestro país en el sector vinícola, valga decir que la Comunidad Autónoma de Castilla-La Mancha,

LA QUÍMICA Y EL VINO

puede producir ella sola, una cantidad de vino, incluyendo tintos, blancos, cavas, vinos de calidad y vinos corrientes, suficiente para abastecer el consumo de toda Europa Occidental. Ningún otro país del Continente, posee las condiciones, el clima, los suelos, las variedades y la tradición que existe en España, haciendo de nuestro país una de las principales potencias del sector. Finalmente podemos destacar como características esenciales de los vinos españoles, la enorme producción, calidad y desarrollo de éstos, la gran variedad de tipos de vino, la excelente relación calidad/precio, y los métodos y procedimientos usados en su elaboración.

2.3.

COMPOSICIÓN DE LA UVA

La uva, fruto de la vid, es una baya de forma globosa u oboide, de tamaño y color variable. Estas bayas, agrupadas en racimos y unidas al raspón o escobajo por medio de unos pedicelos individuales, se componen de la piel más o menos gruesa (hollejo), la pulpa y unas pocas simientes o (pepitas) encerradas en ella. El hollejo representa del 9 al 11% del peso total del grano; contiene tanino, ácidos y la materia colorante que teñirá el vino durante el proceso de fermentación del mosto. Entre el 85-90% del peso del grano lo constituye la pulpa. Su composición es compleja y muy variable de una clase a otra de uva. Aparte de agua, contiene azúcares en una proporción media de un 15%, ácidos libres, cremor tártaro, vitamina C, etc. Las pepitas suponen del 3 al 4% del peso del grano, y tienen aceites, tanino, ácidos volátiles y una materia resinosa astringente y de sabor desagradable. Se suelen clasificar en dos categorías: uvas de mesa y uvas vinificables. Las primeras se consumen frescas o secas en forma de pasas y las vinificables se emplean para obtener el mosto, que por fermentación dará el vino. Hay unas 50 variedades de vitaceas que producen uvas vinificables, pero sólo las uvas maduras que son el fruto de la vitis vinífera, se admiten por la legislación para producir vino. Como todos los frutos, la uva va experimentando a lo largo de la maduración unos cambios en su composición y en la proporción de sus componentes que se pueden resumir en: — Disminución del porcentaje de agua — Aumento del contenido en azúcares — Disminución del contenido en ácidos

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

— Transformación de los pigmentos verdes-clorofilas, en naranjas-carotenos y rojo-antocianos. En la (Figura 2.1), en la que se han representado las variaciones de ácido tartárico, glucosa y agua, frente a los días de maduración que lleva la uva, se pueden ver perfectamente estos cambios. Para hacer el estudio, el intervalo de tiempo que se ha tomado comprende desde primeros de julio hasta mediados de octubre mas o menos, pudiéndose observar que es hacia finales de septiembre cuando se alcanza la máxima concentración de azúcares en la uva y por tanto será el momento óptimo para la vendimia.

FIGURA 2.1. Contenido de ácido tartárico, azúcar (como glucosa) y agua, en 1.000 g de uva madura.

2.3.1.

La vendimia

Las condiciones que se requieren para obtener un buen vino son: la utilización de una uva madura en perfecto estado y la constitución y cuidado del suelo. Condiciones que no obstante podrán variar, dependiendo de que consideremos el aspecto técnico o el comercial.

LA QUÍMICA Y EL VINO

Desde el punto de vista técnico, el principal factor es la calidad de la cosecha que variará mucho según haya sido el clima de ese verano. Generalmente son años buenos los que tienen los meses de verano secos y cálidos porque durante el verano los días son más largos y al tener más horas de sol, se favorece la maduración. Desde el punto de vista comercial interesa también el volumen de la cosecha por lo que a los requisitos anteriores, habrá que añadirle otro factor primordial como es el que, desde abril a octubre, la temperatura media no baje de 15 °C. El momento adecuado de la vendimia se elige de acuerdo con los resultados obtenidos tras analizar la uva y ver su contenido de azúcar y de ácido. Dependiendo del resultado, la vendimia puede ser anticipada, normal (la más corriente), o tardía. En general, las fechas más frecuentes en las que se efectúa la vendimia, van de primeros de septiembre a mediados de octubre. Decidida la fecha de la vendimia, que suele ser de unos diez días antes de su madurez plena, la uva se recolecta haciendo in situ, una primera selección, ya que una vendimia correcta facilitará las posteriores labores de vinificación. A continuación se transporta a la bodega en cajas de plástico para evitar la rotura de los granos y el posible mosteo tan perjudicial para la calidad final de los vinos. Es muy importante, no dejar pasar un excesivo tiempo desde el momento en que se recoge la uva en la viña, hasta su recepción en la bodega. Ya en la bodega se hace la descarga en la tolva de recepción, recipiente en forma de pirámide invertida, que trasladará la uva mediante una correa sin fin que tiene en el fondo, a la zona donde se analiza la uva para determinar su estado sanitario y su contenido en azúcares y ácidos. A partir de este momento y dependiendo del tipo de vino a obtener, blanco, rosado o tinto, el proceso tomará distintos caminos como iremos viendo en cada uno de los apartados correspondientes. En el cuadro siguiente se recoge la composición química de las sustancias mas importantes contenidas en la uva cuando se alcanza el punto óptimo de madurez.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Vitamina C Cremor tártaro

En la PULPA

En el HOLLEJO (piel de uva)

Azúcares

9% glucosa (monosacárido) 9,2% fructosa (monosacárido) rabinosa (monosacárido) 10% sacarosa (disacárido)

Ácidos

málico: 0,1-0,4% tartárico: 0,4-0,7% cítrico: 0,05%

Polifenoles

antocianos - levoantocianos catequinas

Pectinas Proteínas Aceites

En las PEPITAS

Sales minerales Tanino

2.3.2.

SO42– PO43– Cl–

K+ Ca2+ Fe

La fermentación

El principal proceso biológico en la elaboración de los vinos es la fermentación. Consiste en la transformación de los azúcares de la uva (que se definen como típicamente fermentables), en alcohol etílico y gas carbónico como productos principales y otra serie de sustancias secundarias: ácidos, alcoholes, aldehidos. En 1837 Caignard-Latour, Schwann y Kützing propusieron independientemente, que la levadura que aparece durante la fermentación alcohólica, es una planta microscópica y que la conversión de azúcares en alcohol etílico y anhídrido carbónico, es una función fisiológica de la célula de la levadura. Esta teoría fue duramente atacada por los químicos de la época, los cuales aducían que todo se debía a reacciones químicas sin intervención alguna en el proceso de los microorganismos que se hallan presentes durante el mismo. Veinte años más tarde Louis Pasteur fue el que:

LA QUÍMICA Y EL VINO

— Demostró de modo inequívoco la naturaleza microbiológica de los procesos fermentativos en general, con lo que se pudieron sentar las bases de la moderna química de las fermentaciones. — Descubrió, al estudiar la fermentación butírica, la existencia de formas vivas que sólo pueden prosperar en ausencia de oxígeno libre. Con este fenómeno tan fundamental, se pudo comprobar el papel que desempeñan las fermentaciones en la vida de los microorganismos que la realizan. — Estableció que «la fermentación es vida sin aire», al observar que el desdoblamiento de los compuestos orgánicos en ausencia de oxígeno, podía ser utilizado por algunos microorganismos como medio para obtener energía. Si bien de un modo general, los procesos de degradación de la materia orgánica, llamados además de fermentación, respiración y glucólisis, son esencialmente procesos de oxidación mediante sucesivas deshidrogenaciones de glúcidos y otras sustancias orgánicas (aminoácidos, ácidos grasos, etc.), conviene añadir (aunque se desarrollen en células distintas) que, estos procesos metabólicos fundamentales transcurren de modo totalmente análogo e incluso idéntico, hasta una fase determinada ya al final del proceso, en la que la presencia o ausencia de ciertos enzimas o sistemas enzimáticos, ejercen una acción específica, determinando reacciones biológicas particulares. Un ejemplo que nos puede aclarar este hecho, es la comparación entre la fermentación alcohólica y la glucólisis. Ambos procesos metabólicos, se desarrollan con absoluto paralelismo hasta la formación del ácido pirúvico. A partir de la formación de éste y por la acción específica de determinados enzimas, es cuando ambos procesos se diferencian. En la fermentación alcohólica es, la acción del enzima carboxilasa sobre el ácido pirúvico y del enzima alcohol dehidrogenasa en el intermedio formado, lo que da lugar al alcohol etílico. En la glucólisis es la lacticodehidrogenasa la que actúa sobre el ácido pirúvico que, por posterior reducción del intermedio formado, da el ácido láctico. fermentescible en éster del ácido hexadifosfórico. Estos procesos intermedios o etapas de reacción, se conocen hoy día gracias a las investigaciones realizadas por C. Neuberg quien demostró que, las numerosas sustancias químicas que se forman, están relacionadas entre sí por medio del ácido fosfórico que actúa de catalizador y es el transmisor de la energía necesaria en el proceso. Forma parte de los compuestos intermedios de reacción, y se recupera al final del mismo.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Las etapas de reacción son: — Esterificación del azúcar fermentescible en éster del ácido hexadifosfórico. — Escisión de las hexosas en dos moléculas de éster del ácido trioxofosfórico. — Oxidoreducción por formación de éster del ácido glicerilfosfórico y del éster del ácido fosfoglicérico. — Desfosforilación. El ácido fosfórico queda libre bajo la acción del enzima enolasa y se forma el ácido pirúvico. — Descomposición del ácido pirúvico (por la acción en cada caso del enzima correspondiente). — Reducción del intermedio a alcohol etílico o a ácido láctico, quedando en ambos casos libre el ácido fosfórico. Otros ejemplos pueden ser los que originan los siguientes fermentos o levaduras: Las levaduras Saccharomyces cerevisiae, llevan a cabo la degradación anaerobia de las moléculas de glucosa, fructosa, etc., hasta dióxido de carbono y alcohol etílico, por un proceso que, a grandes rasgos, se puede resumir en la reacción química (1), y se conoce como Fermentación alcohólica. Enzimas

C6H12O6

→

2CO2

Fructosa o glucosa

15-20 °C

dióxido de carbono

+ 2CH3 – CH2 – OH + 40 kcal/mol

(1)

Alcohol etílico

Por la acción de la levadura micrococus maloláctico, se hace la Fermentación maloláctica, a través de la cual, el ácido málico se transforma en ácido láctico tal como se indica en la reacción (2). También por reacciones similares, el ácido cítrico se transforma en ácidos volátiles. micrococus

COOH – CHOH – CH2 – COOH → COOH – CHOH – CH3 + ácido málico

maloláctico

ácido láctico

CO2

(2)

dióxido de carbono

En los vinos, el control de estos procesos de oxidación por efecto de las levaduras, se hace con el «sulfitado». La operación consiste en añadir al mosto sulfitos o anhidrido sulfuroso en diferentes dosis según la clase de vino a obtener. Así se consigue además, que el pH del medio sea lige-

LA QUÍMICA Y EL VINO

ramente ácido por la formación de ácido sulfuroso (3), lo que favorece la vinificación. SO2 dióxido de azufre

2.4.

H2O

→ H2 SO3

agua

ácido sulfuroso

pH ácido

(3)

DEFINICIÓN GENERAL DEL VINO

Según el Estatuto del Vino y los Alcoholes en España, B.O.E 1970, se define el vino como: «La bebida resultante de la fermentación alcohólica completa o parcial de la uva fresca, o del mosto, con una graduación mínima de 9 G.L.», pero quizás sea la definición que se atribuye a Pasteur, la más bella que se ha dado del vino: «El vino es la más sana y la más higiénica de las bebidas». En el Estatuto del vino, al mismo tiempo que se exige que el vino pase un control de calidad lo que permite regular su producción, se establece que la uva para vino debe proceder de la vitis vinífera, de la especie vinífera, familia vitacea y género vitis. El vino de origen natural es un producto de transformación de la materia vegetal viva (uva o mosto), por la acción de microorganismos vivos (levaduras) y tiene una composición química bastante compleja. Esta complejidad se debe al gran número de sustancias que lo integran. Por diferentes métodos de análisis, puede haber ya, identificados en el vino, del orden de 600 componentes distintos.

2.4.1.

Los componentes del mosto y del vino

Las sustancias que se consideran de mayor interés tanto desde un punto de vista cualitativo como cuantitativo, están recogidas en el cuadro de la página siguiente donde, de acuerdo con sus propiedades o su composición química, se han agrupado de la forma más conveniente para su estudio. Mucha de estas sustancias existen ya como componentes en la uva y en el mosto y por tanto su síntesis ha tenido lugar en la vid; otros se originan durante el gran proceso biológico de la fermentación alcohólica y en las reacciones químicas y biológicas que tienen lugar durante la crianza y la conservación del vino hasta el momento de consumirlo.

100

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

El agua Está en el vino como el componente más abundante (entre 85 y 87%), donde se encuentran disueltos o en suspensión el resto de las sustancias que completan la composición del vino. Es el único componente que está solo. El resto son grupos de sustancias que iremos viendo detenidamente. Sustancias ácidas De todos los ácidos, sólo seis se encuentran en cantidades apreciables: tartárico, málico, cítrico, acético, láctico y succínico. Todos están ya presentes en la uva parcialmente salificados y esterificados; al ser débiles, la parte de ácido libre, se encuentra parcialmente disociada, liberando una cantidad de H3O+, que confieren al vino su pH característico próximo a 3, estando los valores límites entre 2,8 y 4. — El ácido tartárico que junto con el málico y cítrico están en el mosto de la uva (y por tanto se sintetizan en la vid), es el ácido de la uva y del vino por antonomasia. Además de ser el más abundante, es el más fuerte de todos. La cantidad total del anión tartrato expresada como ácido tartárico suele ser de a 5 g/L, siendo este ácido el que establece el pH del vino. — El ácido málico se encuentra en concentraciones que varían de 0 a 5 g/L. Es característica de este ácido su astringencia y su sabor acebo (sabor verde), por lo que no es recomendable su presencia en los vinos de alguna finura. — El anión citrato expresado como ácido está en cantidades que oscilan entre 0 y 0,5 g/L. Es metabolizado igual que el málico, por bacterias lácticas, y tiene la propiedad de acomplejar metales de disolución, especialmente el hierro. Es por eso por lo que frecuentemente se adiciona al vino para estabilizarlo frente a la quiebra férrica. — El ácido láctico se encuentra en cantidades que van de 0,5 a 4 g/L y, lo mismo que el acético y el succínico, aparece durante la fermentación alcohólica de los azúcares. Comunica suavidad al vino, por ello es conveniente para la calidad del vino, que tenga lugar la fermentación maloláctica, ya que debido a ella desaparece el ácido málico que le da la aspereza al vino.

101

LA QUÍMICA Y EL VINO

Agua Ácidos principales

tartárico, málico y cítrico (Presentes también en la uva y el mosto) acético, láctico y succínico (Formados durante la fermentación)

Alcoholes

Cantidades respectivas en g/L metílico, etílico, propílico, isobutílico: (0,05-0,150; 80-120; 0,02-0,05; 0,05-0,15) amílico, isoamílico, fenil -etanol: (0,05-0,10; 0,05-0,10; 0,05-0,10 glicerina, 2,3 butilénglicol, inositol: (6-10; 0,6-1,5; 0,1-0)

Otros compuestos aromáticos

Azúcares

Sales minerales

Polifenoles

Compuestos nitrogenados

Aromas primarios

derivados terpénicos alcoholes y aldehidos en C6 ciertos esteres

Aromas secundarios

alcoholes superiores, aldehidos, cetonas, esteres ácidos grasos

Aromas terciarios ó bouquet

Son propios de vinos envejecidos (resultan de las transformaciones de los constituyentes de los aromas anteriores)

Hexosas:

glucosa y fructosa

Pentosas:

arabinosa, xilosa, rannosa

Aniones:

Cl–, SO42–, PO43–, CO32–

Cationes:

K+, Ca2+, Cu2+, Fe3+, Ni+, Mg2+, Mn2+

Fenoles simples

ácidos cinámicos ácidos benzoicos

Flavonoides:

flavonoles

Flavanoles

catequinas antocianos-leucoantocianos

Materia orgánica nitrogenada Nitrógeno amoniacal

Polisacáridos

Pectinas Dextranas Gomas

proteinas polipéptidos y aminoácidos

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

— El ácido acético, es un producto secundario de la fermentación alcohólica, aparece al comienzo de la misma, cuando se han transformado en alcohol los primeros gramos de azúcar, posteriormente desaparece en parte, reduciéndose a alcohol. Esta es la razón de que el mosto-vino tenga más acético que el vino terminado. Su contenido varía según la composición del mosto y las especies de levadura que con que se ha llevado a cabo la fermentación. La cantidad de acético que se produce es mínima cuando se tienen valores de pH entre 2 y 4. En la fermentación maloláctica, junto con el ácido láctico, se obtiene una pequeña cantidad de acético que procede principalmente de la descompensación del cítrico. Su contenido en los vinos sanos es del orden de 0,3 a 0,5 g/L. De ahí que un aumento progresivo de estos valores, sea un síntoma claro de algún desarrollo microbiano no deseado. — El ácido succínico es otro de los componentes habituales de los vinos y se forma también como ya hemos dicho, durante la fermentación. Su contenido varía entre 0,6 y 1,5 g/L. Es un ácido estable, resiste los ataques microbianos y se mantiene invariable en el vino durante su conservación Tiene un sabor muy peculiar; más que ácido, es una mezcla entre salado y amargo. Además de estos seis ácidos considerados los más importantes del vino, existen otros ácidos orgánicos pero en cantidades muy pequeñas (de algunos mg/L), y ácidos minerales totalmente salificados, en forma de cationes.

Alcoholes principales Todo el grupo de los alcoholes, produce en el vino una sensación sápida dulce, contraria al sabor de los ácidos; algunos de ellos aportan también matices aromáticos. Salvo el inositol que se encuentra en la uva, todos aparecen en el curso de la fermentación: — Alcohol metílico: Procede de la hidrólisis de las pectinas que constituyen los tabiques de las celdillas de la pulpa. Su proporción en el vino, es función de la magnitud de la maceración de las partes sólidas de la vendimia. De ahí que los vinos tintos contengan más metílico que los blancos.

LA QUÍMICA Y EL VINO

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— Alcohol etílico: Es después del agua, el componente más abundante de un vino. Tiene gran influencia en la calidad del vino porque incide de manera importante en el aroma y en el sabor. — Los alcoholes propílico, isobutílico, amílicos y el fenil-etanol, constituyen los alcoholes superiores de un vino. Forman parte del aroma secundario y salvo el fenil-etanol de aroma agradable, el resto tiene aromas desagradables, por lo que desde el punto de vista de la calidad aromática de un vino, interesa que estén en muy bajas concentraciones. Hoy día, la enología aplica técnicas de elaboración que dan bajo contenido de tales sustancias. — La glicerina: Después del agua y el alcohol etílico, es el componente más abundante de un vino. Se origina durante el proceso de fermentación, pero la proporción formada depende de la cantidad inicial de azúcar del mosto, de las condiciones de fermentación (temperatura, pH, aireación, sulfitado, etc.) y sobre todo de la naturaleza de las levaduras. No obstante, de un vino a otro, la proporción de glicerina es bastante constante. (de 6 a 10 g por cada 100 g de etanol). Comunica al vino suavidad y sedosidad, por lo que es necesario controlar su concentración ya que, su adición, puede ser una práctica fraudulenta. Otros componentes aromáticos El apartado de los componentes aromáticos de un vino, es uno de los más complejos y menos conocidos debido sobre todo al gran número de sustancias que lo integran y estando algunas de ellas a concentraciones tan pequeñas que no ha sido posible su cuantificación. A propósito del aroma, se suelen distinguir tres tipos de aroma: aroma primario, secundario y terciario. — Aromas primarios o varietales: Son aportados por la uva y son específicos de cada variedad; de composición química compleja, se deben fundamentalmente a los derivados terpénicos, alcoholes y aldehidos en C6 así como a determinados ésteres. Los derivados terpénicos son las sustancias que parece tienen mayor incidencia en el aroma primario. Se sintetizan en la vid y se localizan fundamentalmente en el hollejo de la uva. Los alcoholes y aldehidos en C6, son los responsables de los olores herbáceos, que presentan ciertos vinos procedentes de vendimias poco maduras. — Aromas secundarios o de fermentación: Son debidos a un gran número de sustancias que se originan durante la fermentación y que

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

pertenecen a distintas familias químicas como los alcoholes superiores, aldehidos, cetonas, ácidos grasos y dos grupos de ésteres (acetatos de alcoholes superiores y ésteres etílicos de ácidos grasos). — Aromas terciarios o de crianza, también llamados «bouquet»: Se adquieren a lo largo del envejecimiento como resultado de las transformaciones de los constituyentes de los aromas anteriores. Aunque estas transformaciones son de tipo oxidativo en ciertos vinos que se envejecen en la madera, los fenómenos de reducción en la fase de crianza en la botella, juegan también un importante papel. Azúcares Tanto en el mosto de la uva como en el vino existen los siguientes glúcidos: hexosas como glucosa y fructosa, y pentosas como arabinosa, xilosa y ramnosa. — Hexosas: Son los azúcares producidos por fotosíntesis en la hoja, se almacenan en el grano de la uva durante su maduración, conteniendo el mosto, procedente de ésta del 15 al 25% entre glucosa y fructosa. Cuando la uva está verde, hay más glucosa que fructosa, pero durante la maduración, aumenta la proporción de fructosa, llegando en la uva madura a una relación glucosa/fructosa de 0,95. Esta relación desciende con rapidez en el proceso de fermentación, porque la mayoría de las levaduras fermentan con más facilidad la glucosa que la fructosa. Los vinos que quedan dulces después de una fermentación parcial, contienen ambos azúcares, pero en proporciones distintas a las del mosto inicial. — Pentosas: Aunque los mostos y vinos contienen pequeñas cantidades de pentosas, entre 0,3 y 1,5 g/L, la cantidad es mayor en los vinos tintos que en los blancos porque las partes sólidas de la vendimia (hollejo, raspón), son más ricas en este azúcar que la pulpa. Composición mineral La uva, como todos los productos de origen vegetal, contiene gran cantidad de sustancias minerales extraídas por la planta y que están localizadas principalmente, en las partes sólidas del fruto: hollejo, pepitas y paredes celuloso-pécticas de las células de la pulpa. De ahí que propor-

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cionalmente el mosto sea menos rico. A lo largo de la fermentación, el contenido en sustancias minerales evoluciona tanto para aumentar su contenido en disolución, como ocurre en la vinificación en tinto por la maceración durante el encubado, o para disminuirlo, llegando incluso a desaparecer, por formación de sales insolubles. El conjunto de sustancias minerales de un vino constituye las llamadas cenizas de un vino. Para el vino blanco el peso aproximado de cenizas es de 1,5 gramos por litro y para los vinos tintos, de 3 gramos por litro. Compuestos polifenólicos En este apartado están agrupadas una seria de sustancias de estructura y propiedades químicas y físicas parecidas que son las responsables del color en la uva, el mosto y el vino. Tienen también otras propiedades importantes como son: poder reductor característico, gran reactividad, múltiples propiedades organolépticas y además, participan del estado coloidal del vino. Se encuentran especialmente en el hollejo, pepitas y raspón, de donde pasan al mosto y vino en concentración variable, según el contenido inicial en aquellos y de la forma e intensidad de la extracción. En este grupo de sustancias, es donde residen fundamentalmente las diferencias que existen entre los vinos blancos y tintos. En los tintos, se encuentran a concentraciones que varían de 2 a 5 g/L y en los blanco, apenas llegan a 0,1 g/L. Dentro de este grupo de los polifenoles están los: — Antocianos: Son la sustancias que dan el color rojo o azul a los vegetales. Se encuentran en los vinos tintos en concentraciones que van de 20 a 500 mg/L, mayor en los de crianza, algo menor en los tintos jóvenes y no existen en los blancos. Su color varía según el pH del medio en que estén disueltos. Así en medio ácido son rojos, en medio neutro, incoloros y en medio alcalino azules o verdes. En la uva y en el vino joven están como glucósidos, y a lo largo de la crianza se libera la molécula de azúcar, encontrándose la aglucona correspondiente. — Flavanoles: En este grupo se encuentran las catequinas y los leucoantocianos. Tanto unos como otros son incoloros en la uva; sin embargo, las catequinas en el mosto y el vino dan compuestos de color amarillo debido a la facilidad con que se oxidan.

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

— Leucoantocianos: Son los compuestos polifenólicos que se encuentran en mayor concentración (de 1,5 a 4,5 g/L en los vinos tintos, y de 0,05 a 0,1g/L en los blancos). Desde el punto de vista químico son bastante parecidos a los antocianos. Tienen gran tendencia a polimerizarse en medio ácido dando los leucoantocianos polimerizados, compuestos condensados de distinto número de monómeros, responsables de la sensación astringente de muchos vinos jóvenes, por lo que también se les llama taninos. La facilidad de oxidación de las catequinas, anteriormente citada, y la polimerización de los leucoantocianos, tienen una influencia decisiva en el pardeamiento enzimático de la uva. Para evitar este proceso y sin comprender el porqué, desde tiempos remotos los antiguos quemaban azufre —pajuela—. Hoy día, sí se sabe el mecanismo del proceso que se puede resumir según la reacción: (4).

(4)

Las enzimas fenol hidroxilasa (a) y polifenol oxidasa (b) presentes en ellas, al romperse la piel y ponerse en contacto con el oxígeno del aire, oxidan los grupos fenólicos a polifenoles, quinonas y melanoidinos, que son grupos de compuestos cada vez más coloreados El color pardo que aparece poco después de triturar una manzana o una patata y el precipitado que aparece a veces en los vinos y que se conoce como quiebra oxidática, o quiebra parda es debido a una reacción de este tipo. Se puede evitar esta oxidación, añadiendo sulfitos, o anhidrido sulfuroso, como ya se ha indicado en el epígrafe (2.3.2), u otros aditivos estabilizantes, como los comprendidos entre el E-220 y el E-228, únicos autorizados según la legislación vigente.

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Compuestos nitrogenados — Desarrollan un papel primordial por su participación en las fermentaciones, en los desarrollos microbianos y en la estabilidad biológica de los vinos acabados. Están constituidos por dos grupos: materia nitrogenada mineral en forma amónica NH4+, y materia nitrogenada orgánica, en forma de proteina, polipéptidos y aminoácidos. Polisacáridos Los polisacáridos del vino son en su mayoría pectinas junto con pequeñas cantidades de dextranas y gomas. — Las pectinas, al ser los componentes de los tabiques de las celdillas de la pulpa, abundan sobre todo en los mostos. En los vinos hay menos cantidad, debido a la hidrólisis que sufren por la acción de las enzimas políticas que contiene la uva. Comienzan a actuar en cuanto se rompe el grano de la uva, y su acción va perdiendo intensidad a medida que avanza la fermentación por la presencia del alcohol que al parecer las desactiva. Estas sustancias en el vino se encuentran en estado coloidal, actuando como coloides protectores que impiden su clarificación. Cuando en la uva no es suficiente la cantidad de la enzima correspondiente para hidrolizar las pectinas, es aconsejable la adición de enzimas pectolíticas comerciales. — Las gomas son anhídridos de azúcares más o menos polimerizados. Al igual que las pectinas, se encuentran en estado coloidal, y actúan también como coloides protectores. — La dextrana: Es una sustancia mucilaginosa segregada por Botrytis cinerea, que se encuentra en abundancia en los mostos de uvas atacadas de podredumbre. Por lo general, se encuentra en los vinos en concentraciones muy pequeñas, pero aún así, posee desde un punto de vista enológico propiedades importantes, ya que se comporta como un coloide protector muy eficaz que se opone a la clarificación del vino.

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2.5.

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LA ENOLOGÍA

Enología, según la definición dada por el Diccionario de la Real Academia Española es: «El conjunto de conocimientos relativos a la elaboración de los vinos». Puede completarse esta definición describiéndola como «El conjunto de conocimientos relativos a los vinos, técnicas de vinificación, oficio y arte de producir los vinos». Etimológicamente, enología deriva del griego oenos, vino, y logos, ciencia: «es la ciencia de la elaboración del vino», que con el desarrollo de la química, sus métodos analíticos, el conocimiento de los procesos de fermentación y los avances en la microbiología, se ha beneficiado tremendamente. Pero además de ser una ciencia, es también un arte, por la parte creativa que tiene de combinar y exaltar aromas y sabores para dotar a cada vino de su propia personalidad. La enología moderna nace con Pasteaur, que convirtió una práctica casi mágica, como era hasta entonces la transformación de la uva en vino, en una ciencia rigurosa. Surge a partir de la necesidad de estabilizar los vinos, y del estudio de los diferentes procesos que se producen durante la evolución de los mismos. El gran desarrollo de estos procesos físicos, químicos y biológicos que afectan a la elaboración y conservación del vino y el mayor conocimiento de los mismos, que se alcanza a finales de la década de los 70, hace evolucionar la enología aplicada entonces, pasando de ser una ciencia curativa, a una ciencia preventiva. La primera, es la forma de intervención para paliar los inconvenientes de la maduración o de una vinificación defectuosa, es decir: «informa de cómo eliminar el exceso de los componentes peligrosos para la limpidez». La segunda «proporciona los medios preventivos desde el comienzo de la vinificación» para evitar posibles alteraciones y enturbiamientos en el vino. Los progresos en la enología correctiva han permitido la llegada de la enología preventiva. Cada vez se restringe más la enología curativa por la agresividad de los tratamientos que afectan considerablemente a la calidad de los vinos. Actualmente con la preferencia por la enología preventiva, la mayor parte de las investigaciones enológicas están dirigidas a crear máquinas y coadyuvantes que simplifiquen el trabajo en la bodega. El principal objetivo de la enología, es por tanto, el de ayudar al productor a obtener el mejor vino posible, un vino que posea todas las cualidades que están inscritas en las uvas de las que nace. Este objetivo se alcanza mejor, cuanto más se conozca el vino y sus constituyentes, así como las transformaciones que éstos sufren, es decir, cuanto más avanzada es la técnica y mejor se apliquen sus postulados.

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En tiempos pasados no había mucha elección; eran las condiciones locales, de clima, suelo y proximidad de mercado, los factores que determinaban el tipo de vino que se podía producir. Hoy día el enólogo, salvando siempre la tipicidad y personalidad de la zona vinícola y del mapa varietal, se tiene que adaptar a las exigencias del mercado. Debe elaborarse un plan de vinificación con los objetivos muy claros, eliminando desde el principio los factores indeseables y exaltando todos los compuestos que permitan alcanzar un producto diferente y bien logrado. Debe también conocer las mejores técnicas de cultivo para obtener la uva más adecuada al vino que quiere conseguir. Con las uvas adecuadas, los medios disponibles en la bodega y el avance en la obtención y tratamiento de los mostos, establecerá las condiciones necesarias para el buen desarrollo de las fermentaciones. En definitiva y como conclusión podemos decir que: la vinificación es una mezcla de tres elementos importantes, técnicas artesanales, decisiones creativas y conocimientos científicos, y que los enólogos modernos, gracias a la combinación de sus conocimientos bioquímicos con una parte de intuición, lleguan a dirigir y controlar las diferentes etapas del proceso, de manera tal que logren un estilo de vino preciso, al que imprimen su sello característico.

2.6. 2.6.1.

ELABORACIÓN DE LOS VINOS Vinos blancos

Son vinos jóvenes con una graduación alcohólica entre 11 y 12,5°. De color pálido o amarillo pajizo de escasa intensidad, su aroma es ligeramente afrutado. En la boca resultan frescos y agradables y, son bajos en acidez. Las técnicas empleadas hoy día para la elaboración de vinos blancos, están encaminadas a la obtención de vinos de calidad, según las pautas marcadas por la moda. Dicha calidad se pone de manifiesto en las siguientes características: vinos brillantes, de gran limpidez, de colores pálidos, muy aromáticos, afrutados, que recuerdan a la uva de la cual proceden, de grado alcohólico débil, ligeros, de poco cuerpo y ácidos. Para conseguir tales productos hay que poner el máximo esmero, tanto durante la vendimia, como en la elección del proceso adecuado de elaboración, en el que se apliquen técnicas que conduzcan a obtener la mayor cantidad de aromas y demás características gustativas en los vinos,

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a la vez que favorezcan los colores característicos indicados. Ello se consigue desde el comienzo poniendo el máximo esmero durante la vendimia, eligiendo el proceso adecuado de elaboración y siendo muy cuidadoso en la conservación y embotellado de los vinos. Una vez decidida la fecha de la vendimia (unos diez días antes de su plena madurez), la uva es recolectada y transportada a la bodega en cajas, con capacidad para unos 20 kilos, evitando así la rotura de los granos y el posible mosteo tan perjudicial para la calidad final de los vinos.

Se define el mosto como: «El zumo de la uva prensado sin fermentar». Por cada 106-112 kg de uva se obtienen unos 100 litros de mosto y su contenido en azúcares y ácidos es respectivamente: 90kg/L de glucosa, fructosa y arabinosa; 10g/L de sacarosa, de 1 a 4 g/L de ácido málico, de 4 a 7 g/L de ácido tartárico y 0,5 g/L de ácido cítrico. Su clasificación se hace en grados y, depende del tipo de grado que se emplee estos son: — Grados Occhsle: Indican el número de gramos que excede el peso de un litro de mosto al peso de un litro de agua. — Grados Baumé: Indican la cantidad de azúcar que contiene el mosto expresada en tanto por ciento en peso. — Grados Brix: Indican la cantidad de azúcar expresada en tanto por ciento en volumen.

Con la vendimia en la bodega, el mosto se puede extraer por dos vías: una, con el prensado directo de la uva y otra, la más común, que consiste en un estrujado, con estrujadoras adecuadas y no muy enérgicas, para separar mejor el zumo, aumentar el rendimiento del prensado y producir una siembra espontánea de levaduras. En los vinos de calidad, tras el estrujado y el escurrido o separando sin presión, se produce una primera fracción de mayor calidad llamada mosto yema o mosto flor. La pasta escurrida se prensa y se obtienen los mostos llamado en general de prensa. Según la presión que se ha ejercido se obtienen mostos de primera, segunda, tercera, o de prensa, con calidades diferentes. Su fermentación se hace por separado, obteniéndose distintos tipos de vino. En el esquema de la figura 2.2 están representados todos los pasos que se siguen en el proceso de elaboración del vino blanco desde la vendimia hasta su puesta en el mercado.

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FIGURA 2.2. Elaboraciรณn del vino blanco (esquema tomado de Luis Herrero).

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112

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Obtenido el mosto se somete a un desfangado; esta operación consiste en dejarlo en reposo durante un período variable de tiempo (de 12 a 36 horas), con el fin de que las partículas sólidas que tiene en suspensión y, que restarían finura al futuro vino, se separen por decantación en el fondo del recipiente. La gran sensibilidad del mosto blanco a la oxidación, hace necesario que el desfangado se haga con gran rapidez, antes de que empiece la fermentación. Se puede hacer de dos formas, por: — Desfangado estático, mediante la adición de SO2, dióxido de azufre, en frío para retrasar la fermentación. — Desfangado dinámico, mediante máquinas centrífugas o por filtración. El depósito de partículas que queda en el fondo se conoce como fango. Después del desfangado, el mosto ya limpio se trasvasa a otro recipiente donde se inicia la fermentación, que debe transcurrir a temperaturas moderadamente bajas, entre 15 y 20 °C. A esas temperaturas se consigue que el desdoblamiento de azúcares en alcohol y la producción de carbónico, sean lentos de forma que no se arrastren aromas primarios, los más apreciados en los vinos blancos jóvenes, y que los aromas secundarios generados en la fermentación sean finos y de calidad. El final de la fermentación se produce de manera espontánea cuando el contenido de azúcar en el mosto baja de 4-5 gramos por litro y, suele ocurrir a los 20-21 días del desfangado. Seguidamente se realiza el descube o paso del vino a otro envase para separarlo cuanto antes de las levaduras y demás materias depositadas en el fondo del recipiente de fermentación. Tomando esta precaución, se evita que un contacto prolongado produzca olores e incluso sabores desagradables. Una variante de este sistema de elaboración, que en la actualidad está produciendo importantes vinos blancos de calidad, consiste en llevar a cabo el proceso de fermentación en envases de madera de roble, dejándolo durante los meses siguientes a la fermentación en contacto con las lías, sin trasegarlos. Estos vinos que entrarían dentro del grupo de vinos jóvenes, se conocen como vinos blancos de fermentación en barrica. Si este vino así obtenido se quiere comercializar como vino joven, en los meses siguientes a su elaboración, sólo hay que hacer algún trasiego para eliminar posos del fondo del envase y, al embotellarlo se le da un tratamiento de clarificación y estabilización para que se presente al mercado limpio y brillante.

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La reglamentación vigente según el real Decreto 157/88 dispone para vinos blancos de crianza las siguientes consideraciones: — Reserva: duración mínima del proceso 24 meses. Mínimo 6 meses en envase de madera. — Gran reserva: duración mínima del proceso 48 meses, mínimo 6 meses en envases de madera. Por último, el vino blanco también puede someterse a un proceso de envejecimiento y crianza en envases de madera de roble. Estos envases con capacidad para 225 litros se llenan completamente hacia el mes de febrero del vino nuevo que se ha estado asentando durante los meses de invierno. En los meses siguientes, y en condiciones adecuadas de temperatura y humedad, el vino sufre un proceso de oxidación lenta y suave, como consecuencia del oxígeno que penetra a través de los poros de la madera, disolviendo además, por efecto del alcohol, los componentes aromáticos característicos de ella. Pasada esta fase, el vino se embotellará, experimentando un proceso de envejecimiento, que afectará al color y sobre todo a las características gustativas y olfativas.

2.6.2.

Vinos rosados

Siguendo el mismo criterio que en los vinos blancos, para la obtención de los vinos rosados de calidad, es imprescindible partir de uvas en perfecto estado sanitario y adecuado grado de madurez. Las uvas han de ser mayoritariamente tintas y de variedades marcadamente afrutadas. Ver el esquema representado en la figura 2.3. Estos vinos son un intermedio entre el vino blanco y el vino tinto; del tinto tienen las variedades de origen y una pequeña cantidad de materia colorante y del blanco la constitución general, su ligereza, su afrutado y cierta analogía en la elaboración. La uva una vez estrujada y despalillada, se introduce en los depósitos donde se hace la maceración del hollejo con el mosto, de manera que parte de la materia colorante de los hollejos se extraiga y pase al mosto. El tiempo que dura esta operación es sólo de unas 12 horas para evitar que se difundan en el mosto sustancias no deseables. Después y sin ejercer ninguna presión, se extrae por sangrado el mosto de flor que algunas veces es el único que se emplea para obtener este

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FIGURA 2.3.

Elaboraciรณn del vino rosado (esquema tomado de Luis Herrero).

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vino y otras se junta con la primera filtración obtenida con un cuidadoso prensado. El mosto así obtenido está bastante limpio y no necesita desfangado y, si lo necesita, es muy ligero. El proceso siguiente, la «fermentación» se hace hoy día en depósitos de acero inoxidable inatacables, de fácil limpieza y desinfección y muy adecuados para mantener un buen control de la temperatura a 18 °C, y la uniformidad, durante todo el proceso. Así, al no destruirse los preciados aromas primarios de las uvas y desarrollar con facilidad los aromas secundarios, se consiguen vinos frescos y afrutados. Los vinos nuevos que se obtengan, se deben conservar en atmósfera inerte (nitrógeno, nitrógeno-carbónico) para evitar la oxidación, haciéndoles los oportunos trasiegos hasta su estabilización, filtrado y embotellado. Una variante de este sistema consiste en prensar directamente la vendimia estrujada, vinificando igual que si se tratara de un blanco. Sin maceración, la extracción de color del hollejo, se reduce al breve contacto del mosto y hollejo en la prensa. Una variante de este sistema consiste en prensar directamente la vendimia estrujada, vinificando igual que si se tratara de un blanco. Sin maceración, la extracción de color del hollejo, se reduce al breve contacto del mosto y hollejo en la prensa. Lógicamente, los vinos que se obtienen son vinos menos coloreados. Para aumentar la intensidad del color en la elaboración del vino clarete, se mantiene la maceración de hollejo con el mosto entre dos y tres días.

2.6.3.

Vinos tintos

El proceso de elaboración aunque parecido, no es igual que en los anteriores tal como se ve en el esquema indicado en la figura 2.4, y cuyas etapas iremos describiendo a continuación. La elaboración se inicia como siempre con el estrujado de la uva, pero en este caso se hace también la eliminación del escobajo o despalillado, para evitar que comunique exceso de tanino y aspereza. Seguidamente la vendimia estrujada, se lleva por bombeo a los depósitos de fermentación no sin antes haberle añadido una pequeña dosis de anhidrido sulfuroso para asegurar una buena protección del vino contra eventuales contaminaciones microbianas, contra la oxidación, (2.3.2) y para facilitar la extracción del color.

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Conviene tener en cuenta que el SO2 siempre se debe utilizar en disolución y nunca como gas. Además, en estos vinos, su adición debe hacerse después del estrujado de la uva y antes de la fermentación. El gas carbónico que se genera durante la fermentación, empuja hacia arriba las partículas sólidas en suspensión, formando en la parte alta del depódito una masa compacta llamada ombrero que debe mantenerse siempre húmeda. Ello se consigue rociándola con el propio mosto en fermentación bien mediante los remontados periódicos que se hacen con ayuda de bombas o con los bazuqueos que de forma manual hace el operario utilizando unas pértigas muy largas acabadas en un rodete con el que se rompe la masa a la vez que se sumerge. La temperatura de fermentación en los tintos se suele mantener entre 18 y 30 °C porque a esa temperatura se consigue desarrollar la actividad de las levaduras y hacer una adecuada extracción del color. El tiempo de maceración de la fermentación varía dependiendo del destino del vino; así para los vinos de crianza, que han de estar bien dotados de taninos, la maceración será larga, por el contrario si se pretende obtener vinos jóvenes, de rápido consumo, la maceración será corta o muy corta; los vinos obtenidos de esta manera son vinos muy suaves y con poco tanino. Cuando se crea llegado el momento oportuno, se separa la fracción líquida de la pasta mediante el sangrado de los depósitos y prensado de los hollejos. En este trasvase que se conoce con el nombre de descube, la fracción líquida, mosto/vino, se lleva a otros depósitos donde se transforman definitivamente los azúcares. Una vez hecha la fermenteción alcohólica (2.3.2 (1)), se continúa con la fermentación maloláctica (2.3.2 (2)), consiguiéndose que el vino pierde agresividad y se suavice considerablemente. En los meses posteriores, el vino se va limpiando. Se trasvasa a otro recipiente, y se separan por decantación las partículas que contiene en suspensión. La operación, que se conoce como trasiego, se repite tantas veces como sea necesario hasta que el vino queda limpio y brillante. Si el vino se va a destinar para consumo inmmediato, igual que ocurre con los vinos blancos y rosados, se procede a la clarificación, filtración o tipificación hasta que queda claro. Para esta operación se utilizan filtros de tierras de diatomeas, albúminas, clara de huevo, pescados, etc. Depués se embotella y se manda al mercado.

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Una variante de la vinificación de los vinos tintos, empleada exclusivamente para vinos tintos jóvenes, como son los de consumo anual, es la Maceración carbónica.

FIGURA 2.4. Elaboración del vino tinto (esquema tomado de Luis Herrero).

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Consiste en colocar racimos enteros en un depósito cerrado en atmósfera de gas carbónico y en estas condiciones las uvas intactas sufren una fermentación intracelular o autofermentación, después de la cual se prensan, obteniéndose un vino tinto ligero, con características aromáticas de gran intensidad y finura, muy adecuado para consumirse como vino joven pero no para envejecer.

2.6.3.1.

Crianza y envejecimiento del vino tinto

La crianza es un proceso destinado a dar a los vinos unas características diferentes a las que tienen en el momento de terminar la fermentación. El vino que se destina para crianza ha de tener determinadas cualidades; debe ser un vino robusto, áspero, recio, agresivo al paladar, con una adecuada acidez y con colores intensos y vivos. Los vinos de los que se parte, son vinos que muy bien podrían destinarse para consumir como «vinos jóvenes», pero se quieren mejorar mediante un proceso de envejecimiento hasta que se alcanzan los requisitos que dispone la reglamentación correspondientes para vinos de crianza, reserva y gran reserva. — Crianza: duración mínima del proceso 2 años; de ellos 12 meses en envase de madera para los vinos tintos y 6 meses para vinos blancos. — Reserva: duración mínima del proceso 3 años, de los cuales doce meses serán en envase de madera. — Gran reserva: duración mínima del proceso 6 años, con un mínimo de 24 meses en envase de madera. Para la crianza, una vez que el vino ha superado los oportunos controles y selecciones, se traslada a unos toneles o barricas que son envases de madera de roble, generalmente de 225 litros de capacidad. El mérito de estas maderas, compuesta por celulosa, hemicelulosa, lignina y grupos acetileno, depende de su homogeneidad, compacidad y elasticidad, por lo que es conveniente que sean cubas de maderas nuevas o poco usadas, secas y sin nudosidad, para que puedan aportar al vino, todas las sustancias de carácter aromático y gustativo propias de la madera que la impregnan. Así: 1.o 2.o

La celulosa y hemicelulosa por hidrólisis parcia, desprende azúcares y aportan suavidad. La lignina tiene un papel importante porque sus componentes fenólicos son los que más intervienen en el vino dando cierto aroma a vainilla.

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LA QUÍMICA Y EL VINO

3.o

La madera de roble encierra cantidades importantes de ácido acético y acetato de etilo que pueden ser difundidos en el vino. Durante la permanencia del vino en la barrica se tiene una subida de acidez por la presencia de tartratos ácidos de potasio sobre las paredes interiores de la cuba.

En esta etapa el vino sufre un proceso de oxidación permanente a través del oxígeno que penetra por los poros de la madera, y de oxidación intermitente, por aireación durante los trasiegos periódicos a que es sometido para eliminar, por decantación, las impurezas. Al mismo tiempo, el alcohol va disolviendo los aromas propios de esta madera, de forma que poco a poco el vino va transformando su color con pérdida de los tonos violaceos y la aparición de otros rojos anaranjados. Los aromas se hacen más «complejos» y las sensaciones gustativas se suavizan. Al cabo de 3-9 meses, tiempo en que se alcanza el punto óptimo de evolución en madera, se procede a la homogeneización y tipificación del contenido de las barricas. Es el momento en que el vino es embotellado. Las botellas son almacenadas en oscuros botelleros y apiladas en posición horizontal. En el ambiente de éstas, exento de oxígeno, comienza la última fase, la fase reductora. Durante la misma se producen complejas reacciones, que originarán la aparición de sensaciones aromáticas de gran calidad y finura; el vino acaba de pulirse, eliminando sus aristas, asperezas y alcanzando su total dimensión. A continuación se muestra un resumen de las ventajas e inconvenientes que supone, respectivamente, una correcta o incorrecta adición del SO2:

Ventajas que tiene una correcta adición de SO2 Efecto antioxidante

Protege la vendimia de la acción del oxígeno, evitando así la disminución en el aire de las calidades aromáticas, la pérdida de frescor y modificaciones en el color.

Efecto antioxidásico

Destruye los catalizadores enzimáticos de la oxidación,(la oxidasa), evitando ciertas enfermedades en el vino como la quiebar oxidásica.

Poder disolvente

Activa la maduración, facilitando la disolución del color y de los diversos polifenoles. (Continúa)

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(Continuación) Efecto antiséptico

Ejerce una acción antiséptica sobre los microorganismos: levaduras, bacterias acéticas, bacterias lácticas. Administrado en dosis elevadas inhibe la acción de los microorganismos.

Efecto estimulante

Administrado en dosis más débiles, ejerce un efecto estimulante sobre la actividad de las levaduras favoreciendo la transformación del azúcar.

Efecto selectivo

Selecciona entre bacterias las más sensibles y de entre levaduras las más adecuadas.

Inconvenientes por adición de una dosis incorrecta de SO2 Retrasa o impide la fermentación maloláctica. Origina sabores desagradables de sulfuro de hidrógeno o mercaptano.

2.7. 2.7.1.

TÉCNICAS DE PRODUCCIÓN DE VINOS ESPECIALES Vinos espumosos: su origen

Se dice que el inventor del vino espumoso fue un monje benedictino del siglo XVII, que observó, con la llegada de la primavera, un enturbiamiento de sus vinos. Al estudiar las causas descubrió que se producía como consecuencia de una refermentación de los azúcares residuales de la primera fermentación. El sabor inicial de estos vinos resultaba muy agradable pero perdía todas sus cualidades al desaparecer las burbujas, por lo que era necesario buscar un método para mantenerlas. Fue durante una visita al convento benedictino de Sant Feliú de Guixols (Gerona), donde aquel monje observó que el mantenimiento de las mismas sólo era posible tapando herméticamente las botellas y controlando esa segunda fermentación. Hasta el siglo XIX, que se inicia en España la elaboración de vinos espumosos, sólo unos cuantos eruditos, además de los técnicos en vinos, conocían en nuestro país los célebres vinos espumosos de Francia. Se hicieron numerosas pruebas para elaborarlos, pero en ninguna se llegó a un resultado positivo hasta que siete amigos que se autodenominaban «los siete sabios de Grecia», conocedores de la técnica de elaboración de los

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vinos espumosos franceses —concretamente de la región de la Champagne—, decidieron achampañar los vinos de la comarca del Penedés. Después de largas experiencias y pruebas con diferentes caldos de sus bodegas, Josep Raventós vio recompensados sus esfuerzos, dando así comienzo a una nueva industria, la elaboración del cava, que consolidó y perfeccionó en 1885 su hijo Manuel Raventós Domenech al frente de las bodegas Codorniú. La gran demanda de los consumidores que además solicitaba un producto más económico dió origen a nuevos métodos de producción distintos al champenoise que era el tradicional usado hasta entonces.

2.7.1.1.

Métodos de elaboración y características

Existen dos sistemas para la elaboración de vinos espumosos, que son: El método tradicional de segunda fermentación en la botella y eliminación de lías por degüelle y el sistema Granvás o de grandes envases. El método tradicional es el que se emplea para la elaboración del Cava, siguiendo en lo fundamental al sistema inventado por Don Perignoon en el siglo XVII para la obtención del champán. Como se puede ver en el esquema de la figura 2.5, los pasos que se siguen son: — Selección y mezcla de vinos base: Los vinos a utilizar, cuidadosamente elaborados, se mezclan de acuerdo con los criterios de la bodega. El vino, vino base resultante tendrá unos 11° y muy bajo contenido en sulfuroso para no dificultar la segunda fermentación. — Tiraje: Esta operación consiste en incorporar al vino base una cierta cantidad de azúcar de remolacha (25g/L), levaduras especiales y una pequeña dosis de algún clarificante, llenándose con esta mezcla las botellas y cerrándolas herméticamente con un tapón corona de acero, inoxidable. — Segunda fermentación: Los azúcares añadidos, por acción de las levaduras dan lugar a una segunda fermentación, en la que se genera gas carbónico que al no poder escapar, se combina íntimamente con el vino. También se producen lías o posos compuestos de materia nitrogenada (procedente de la lisis de las levaduras una vez muertas), colorantes, etc., que durante el posterior reposo del vino y en contacto con ellas, van a comunicarle aromas, gusto y estructura en boca particulares, que le darán calidad y personalidad, pero que han de ser eliminados antes de que el vino salga al mercado.

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FIGURA 2.5. Elaboración de los vinos espumosos (esquema tomado de Luis Herrero).

Esta botella en la que se hace la segunda fermentación, se colocan en posición horizontal en grandes apilamientos rimas y en locales subterráneos cavas donde se mantienen a una temperatura constante de 12 °C. El vidrio de que están hechas las botellas, que son las mismas que llegarán a nosotros al adquirir el producto, es grueso y con un

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diseño especial para que puedan resistir las presiones que se van a generar en su interior. — Eliminación de las lías: La primera operación consiste en desplazar los posos dentro de la botella, hasta aproximarlos lo más posible a su boca. Para ello se coloca la botella en los típicos pupitres de madera, con forma de V invertida y con unos orificios donde se introducen las botellas, inicialmente en posición horizontal. Cada cierto tiempo un operario especializado procede a dar un movimiento complejo a la botella —rotación sobre un eje de 1/8 de vuelta, vibración y basculamiento—, aproximándola hacia la posición vertical invertida. Cuando alcanza esta última posición llamada de botella en punta, los posos se han acumulado en el cuello de la botella descansando sobre el tapón. En esta operación es muy importante que las lías no se adhieran a las paredes de cristal de la botella, lo que hay que tener en cuenta a la hora de seleccionar las levaduras utilizadas en la segunda fermentación. La eliminación definitiva de las lías se hace por degüello, operación que consiste en la inmersión de las botellas en baños frigoríficos para conseguir la congelación del cuello el cual, al congelarse forma un tapón de hielo mezclado con los posos. Se pone de pie la botella y durante un segundo se abre el tapón; el hielo sale despedido e inmediatamente la máquina vuelve a cerrarla perdiéndose de este modo la mínima cantidad de carbónico. Otro método más económico es eliminar las lías quitando el tapón, pero sin degüello. — Expedición: Simultáneamente al degüello, se incorpora al vino el licor de expedición para darle el acabado final. Este licor es un jarabe formado por vino añejo muy estable, y azúcar refinada de remolacha, con el que se dará el grado de dulzor que se quiera al producto final. Hoy día, al menos en los productos altos de la gama, se va prescindiendo cada vez más del licor de expedición, recurriéndose, para el relleno del volumen derramado en el degüelle a una botella hermana, con o sin azúcar incorporado. Por último se hace el taponado definitivo, con tapones de corcho especiales, en los que hay un cuerpo central de aglomerado, al que van adheridos dos o tres círculos de corcho natural muy elástico y que son los encargados de hacer de junta hermética. El tapón, inicialmente de forma cilíndrica, adquirirá la característica forma de seta, al adaptarse al cuello

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de la botella y someterse al esfuerzo que produce el casquete metálico, morrión, y el bozal de alambre que asegura el cierre. En el tercer método —método de Granvás— se mete el vino con azúcares en depósitos de acero inoxidable para que no se escape el CO2. La eliminación de las lías se hace por filtración isobárica antes del llenado de las botellas. Este proceso que dura sólo 21 días, aunque permite un importante ahorro de tiempo (los nueve meses que dura el contacto de los vinos con las lías) y económico (el delicado movimiento artesanal de las botellas durante el mismo), introduce diferentes características organolépticas entre los dos sistemas. Para diferenciar un champagne de otro, en la parte interior del corcho, se hacen unas marcas por las que se reconoce el proceso utilizado: círculo negro, champagne sin degüello, una estrella champagne con degüello y un triángulo champagne sometido al método Granvás. Por último, la clasificación de los vinos espumosos se puede hacer en función del contenido de azúcares en el producto final, o de la presión de CO2: Atendiendo al contenido en azúcar hay que distinguir entre: — Brut.................Hasta 15g/L

— Seco................Entre 17 y 35 g/L

— Extra-brut.......Hasta 6g/L

— Semi-seco.......Entre 33 y 50 g/L

— Extra-seco.......Entre 12 y 20 g/L

— Dulces............Más de 50 g/L

Atendiendo a la presión de CO2 en: — Gran Mouxeaux........................... Si su presión está entre 4,5 y 5 atm. — Cremat, o vino de aguja............... Si su presión es menor de 4 atm.

2.7.2.

Vinos de Jerez

Los vinos de Jerez se obtienen mediante un sistema de crianza muy particular con tecnología propia de la zona. Aunque los principales que se recogen bajo estas denominaciones son tres, Fino, Amontillado y Oloroso, también son protegidos por la misma denominación, los tipos: Manzanilla, que es un fino criado en la localidad de Sanlucar de Barrameda, la Manzanilla pasada, homólogo del Amontillado y criado en esa misma localidad y, los tipos Palo cortado y Raya, que entran ya dentro de la gama de los Olorosos.

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Las uvas que se utilizan, se han cultivado en el triángulo comprendido entre el río Guadalquivir, Jerez y Rota, zona cercana al mar, en la que existe un microclima apropiado para el producto que se quiere obtener. Las tierras de la zona, llamadas de albariza, son tierras blancuzca con capacidad de retener mucha humedad, aportándole a la uva unas determinadas características. La vendimia se hace en el mes de septiembre, normalmente durante la primera quincena. Una de las operaciones básicas de la vendimia de Jerez es el soleo de la uva, que consiste en colocar los racimos recién cortados, haciendo montones de 11,5 kg (una arroba), sobre espuertas o redores de esparto de unos 85 cms de diámetro y en unos locales apropiados llamados Almijares, que están situados delante de la casa de la viña. La uva se deja así expuesta a las radiaciones solares durante un día. Como consecuencia del «soleo» se produce una deshidratación de la uva y por tanto un aumento de la concentración de la mayoría de los componentes, consiguiéndose por tanto vinos de mayor grado alcohólico. El proceso de vinificación (Figura 2.6), es similar al utilizado en la elaboración de los vinos blancos de calidad. Se utilizan cajas de plástico para transporte de la vendimia, estrujadoras de rodillo de caucho, prensas neumáticas horizontales, que ejercen presiones suaves, desfangados estáticos, etc. Las distintas fracciones de mosto obtenidas mosto yema, mosto de primer prensado y mosto de segundo prensado, desfangado o no, fermentan por separado. La fermentación se realiza en los tradicionales envases de madera de roble, de 600 litros de capacidad, llamados bota jerezana. En principio, la fermentación que es espontánea, es llevada a cabo por la flora microbiana natural de la uva o utilizando un pie de cuba con levaduras autóctonas seleccionadas. A mediados del invierno, durante los meses de febrero y marzo, antes de sacar de lías los vinos de los envases, se clasifican uno por uno. Esta clasificación es una labor personalísima y de gran importancia ya que en ella reside, en gran parte, el éxito de una bodega de crianza. El catador toma con la venecia una muestra de vino de cada bota, la observa para ver su color y transparencia, la huele detenidamente y si tiene duda, la prueba en la boca. A continuación, utilizando signos convencionales que pone en el fondo de cada bota, indica el juicio que le ha merecido el vino y cual va a ser su destino en el posterior proceso de crianza. Aquellos vinos que en la primera clasificación han sido catalogados como perfectos, se alcoholizan entre 15-15,5° (encabezado), se trasiegan

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FIGURA 2.6. Elaboración del vino de Jerez (esquema tomado de Luis Herrero).

a los envases ya citados de roble y 600 litros de capacidad, dejándoles vacío 1/6 de su capacidad. Así se conserva en bodega el vino de añada, que en estas condiciones y por la acción de determinadas especies de levadu-

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ras pertenecientes al género Saccharomyces, va desarrollando de forma espontánea en el total de la superficie un velo que se conoce con el nombre de «velo en flor». El vino resultante de la primera clasificación, recibe el nombre de «sobretablas». Transcurridos entre 6 y 18 meses desde la primera clasificación y conservando el vino en las condiciones mencionadas anteriormente, se realiza una segunda clasificación del vino de cada bota, de la cual resultará el tipo de envejecimiento a que se debe someter cada vino. Este envejecimiento puede ser biológico o físico-químico (no biológico).

La crianza biológica Es un proceso sumamente interesante desde el punto de vista enológico. Así, se elaboran los denominados finos en Jerez, manzanillas de Sanlucar de Barrameda y sus equivalentes pálido del Condado y de Rueda. Estos vinos, encabezados con alcohol hasta llegar a una graduación entre 15-15,5° en la típica «bota jerezana», tan solo llena en 5/6 partes del total de su capacidad y en condiciones de aerobiosis, desarrollan un velo en superficie, constituido por diferentes especies de levaduras que son capaces de utilizar como sustrato diferentes componentes de los vinos y a la vez excretar productos de su propio metabolismo, como es el anhídrido carbónico, además de preservarlo del aire evitando así su oxidación. En todo este tiempo que dura la crianza, el vino se mantiene pálido y se producen en él transformaciones que influyen sobre todo en su aroma y sabor, dándole unas características que los hacen únicos. El fino es un vino de color amarillo pajizo, con un aroma intenso muy característico, delicado y al mismo tiempo complejo, que presenta matices almendrados. A pesar de su graduación alcohólica, en la boca no resulta ardiente. La manzanilla es un fino elaborado y criado en Sanlúcar de Barrameda. Su color es más pálido que el fino y tiene un aroma muy delicado y con cierto deje amargo que le asemeja a la aceituna. Se dice de ella que es el fino de los finos. La crianza físico-química Es el sistema de elaboración de los olorosos. Una vez hecha la segunda clasificación, los vinos que no se destinan a finos, se alcoholizan hasta los 18-20°. El recipiente que contiene el vino, la ya descrita bota jere-

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zana, se llena sólo en sus 5/6 partes igual que en la crianza biológica, pero el elevado contenido en alcohol impide el desarrollo de las levaduras de flor como ocurre en los finos. Durante este tipo de envejecimiento no se forma velo, ni puede haber actividad vital de las levaduras. Tiene lugar preferentemente un proceso de oxidación en el vino, oscureciéndose el color y originándose compuestos que conformarán sus características aromáticas y gustativa. El oloroso es un vino de color oscuro o ámbar, de aroma fragante, intenso y lleno, seco en la boca y de gran cuerpo. El palo cortado y la raya son otros tipos de olorosos, menos frecuentes, pero también amparados dentro de la D.O. Jerez. La crianza mixta Sirve para elaborar los amontillados. Estos vinos, han iniciado el envejecimiento en crianza biológica como si de un fino se tratara, pero en un determinado momento se desvían del proceso que se inició para obtener el «fino». Después de encabezar hasta 18 o 20°, se continúan con una crianza físico-química. Todos los vinos de Jerez, incluso los olorosos, siempre tienen en los primeros estadios de su vida, entre octubre y febrero, desarrollo de velo en el período postfermentativo, es decir antes de la primera clasificación e incluso hasta pasada la segunda. Sin embargo, las características organolépticas que hayan podido adquirir durante este período se quedan enmascaradas por los caracteres que adquieren durante el proceso de crianza no biológica. El proceso de crianza en general en los vinos de Jerez, se realiza mediante el sistema de criaderas y soleras. La botas en las que se envejecen los vinos, se colocan superpuestas en tres o cuatro filas horizontales que reciben el nombre genérico de escala o criadera, llamándose solera a la que está en el suelo. A la que está encima de la solera se suele llamar primera criadera y así sucesivamente segunda criadera, tercera, etc. Por el sistema de criaderas y soleras, el vino que va al mercado se extrae de las soleras hasta un tercio del volumen total, distribuido en varias sacas anuales. El hueco dejado en cada saca, es sustituido por vino procedente de criadera inmediata y así sucesivamente hasta alcanzar la últi-

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ma criadera, donde será sustituido por el «sobretablas». Con esta operación que se denomina correr la escala, siempre se consigue que el vino que sale al mercado presente la mayor uniformidad posible tanto en características organolépticas como en la media de edad.

2.8.

DEFECTOS Y ENFERMEDADES DEL VINO

Desde el prensado hasta el embotellamiento, el vino está expuesto a daños que pueden llegar a alterarlo por completo. Generalmente son reacciones químicas de tipo oxidación-reducción. El origen, en la mayoría de los casos se encuentra en la deficiente calidad de la uva recogida y, en ocasiones, en fermentaciones mal hechas, en una sulfuración deficiente o en falta de cuidado durante la elaboración del vino.

2.8.1.

Defectos del vino

En los vinos se pueden presentar una serie de defectos cuya causa son originadas por medidas erróneas aplicadas en el tratamiento y en la conservación de los mismos, y que a su vez pueden ser debidas al uso de sustancias inadecuadas y a la falta de limpieza de las cubas de recepción o de los instrumentos utilizados. Estas alteraciones que se pueden manifestar en cambios de color o de sabor en los vinos las iremos enumerando y viendo detenidamente los cambios que originan.

2.8.1.1.

Defectos en el color

La mayoría de los vinos tienden a la quiebra parda, aunque en grado distinto. Ésta, es un proceso de oxidación originado por la acción del oxígeno del aire. Cuando el vino se ha elaborado de manera correcta, no se altera al entrar en contacto con el aire y conserva su color y claridad aún después de haber permanecido 2 días en un recipiente abierto. El proceso se va manifestando en la superficie del líquido y avanza lentamente hacia el fondo hasta que todo adquiere un matiz pardo o marrón. AI mismo tiempo se observa un enturbiamiento del vino, y en la superficie se queda una capa fina y brillante. Además del color, se alteran también el olor y el sabor, perdiendo los vinos su bouquet y su pureza. Es un defecto que no afecta sólo al vino ya que, si en su elaboración el macerado quedó expuesto al aire durante cierto tiempo, el orujo experi-

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menta un pardeamiento y, por consiguiente, el mosto prensado derivado de él, muestra igualmente color pardo amarillento. La causa está tanto en las grandes cantidades de sustancias que contienen los hollejos y raspones que adquieren color pardo, como en otras materias que bajo la acción del oxígeno del aire, facilitan el cambio de color. Como ya se indicó en el epígrafe (2.5.4) la forma de evitar esta alteración es por adición de sulfitos o anhidrido sulfuroso, de ahí que la aparición de este defecto sea debida a que el vino no ha sido sulfurado con suficiente intensidad. Quiebra férrica Los vinos propensos a la quiebra férrica son aquellos que estuvieron en contacto con los instrumentos de hierro que se utilizan en la vinificación. Así, los vinos que han absorbido cierta cantidad de hierro, tienen el peligro de que éste al combinarse con el ácido fosfórico presente siempre en el vino, se convierte en fosfato ferroso soluble. Aparece incluso en los vinos sanos y bien cuidados, manifestándose a menudo, poco tiempo después del trasiego o del embotellado del vino, que es cuando entra en contacto con el aire. La quiebra férrica se manifiesta por la formación de un fino velo, blanco o gris, o por una decoloración y enturbiamiento blanco-grisáceo o totalmente gris. Esta alteración del vino influye en el sabor sólo cuando el contenido de hierro es muy elevado. Quiebra cúprica El enturbiamiento por quiebra cúprica se debe a las sales cuprosas presentes en el vino y que al ser poco solubles precipitan fácilmente. Cuando el vino entra en contacto con el aire, las combinaciones cuprosas se oxidan a combinaciones cúpricas de mayor solubilidad que las primeras, desapareciendo el enturbiamiento. Es frecuente en los vinos blancos de Burdeos, en los que no es raro hallar grandes cantidades de ácido sulfuroso que, junto a las altas temperaturas de aquella región, favorecen la disolución de cobre de los recipientes y aparatos cúpricos. Ennegrecimiento del vino Es otro de los defectos originado por el contacto del vino con el hierro. Se manifiesta por el ennegrecimiento de los mostos, vinos y sustan-

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cias maceradas. La alteración se inicia desde el momento en que el vino sufre la acción del oxígeno por exceso de aire, al ser trasegado, filtrado o almacenado en cubas que no están totalmente llenas. Se manifiesta en los vinos por el color azul-verde y a veces azul-negro que adquieren por la acción del oxígeno sobre los compuestos de hierro II o ferrosos (que pueda haber en el vino), provocando su oxidación a combinaciones de hierro III o férricas poco soluble. A la vez que las sales ferrosas pasan a férricas, éstas se combinan con los taninos del vino, formando los tanatos férricos, responsables de teñir el vino, aún en cantidades pequeñas. Esta alteración está altamente condicionada por la acidez, hasta el punto de que los vinos de acidez baja, manifiestan una tendencia más aguda a sufrir alteraciones de color que los vinos de acidez alta que se ennegrecen poco. Olor a sulfhídrico El olor a huevos podridos, característico del sulfhídrico, se manifiesta durante la fermentación y se debe a la acción que las levaduras ejercen sobre el azufre, reduciéndolo a sulfuro de hidrógeno y a otras combinaciones sulfuradas volátiles. El azufre, llega al mosto durante el proceso de barnizado de las cubas. S + enzimas → SH2 Este olor es característico de los vinos jóvenes. Por lo general, es un defecto insignificante que desaparece tras el primer trasiego del vino debidamente aireado y sulfurado con una intensidad media. Aunque el sulfhídrico es el principal causante del olor, hay otra combinaciones de azufre que también contribuyen tal mismo. Las células de levadura disponen de un enzima, hidrogenasa, que cataliza la reducción del azufre y con igual facilidad reduce el ácido sulfuroso fijo y los sulfatos contenidos en el vino, a los que convierte en sulfitos. Suelen ser levaduras apiculadas y levaduras de flor, a veces de bacterias.

2.8.1.2.

Defectos en el sabor

Son las alteraciones que se manifiestan en el sabor del vino, bien modificando la intensidad del mismo o bien otras características muy

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particulares de sabor. La causa puede estar en la adopción de medidas erróneas para tratamiento y conservación de los mismos, como la utilización de sustancias inadecuadas o, la falta de limpieza de las cubas y de los instrumentos. Entre las modificaciones típicas del sabor están las siguientes. Sabor añejo Un vino sano y sin defectos, pero que esté almacenado durante varios años y trasegado varias veces a lo largo de su almacenamiento en barriles, puede perder todo su bouquet aromático adquiriendo en su lugar un bouquet propio de los años, es decir, sufre un añejamiento. Tanto los procesos químicos responsables de este fenómeno, como las alteraciones que pudiera implicar, hoy día son desconocidas. Sabor aéreo Este sabor es consecuencia de la progresiva oxidación del alcohol a aldehído. Los vinos almacenados en cubas no totalmente repletas de líquido, pierden al cabo de poco tiempo su contenido en ácido carbónico y sustancias del bouquet y adquieren un sabor rancio y particularmente extraño. Sabor mohoso Cuando el vino ha sido conservado en una cuba descuidada y enmohecida adquiere un sabor a moho sumamente fuerte. Los vinos que presentan este sabor por desarrollo del moho gris han de ser tratados con carbón activo, a fin de ser liberados de dicho hongo sin perjudicar excesivamente el vino. Macerado A temperaturas relativamente elevadas ocurre con frecuencia que el jugo de la uva recolectada comienza a fermentar antes de haber pasado por el lagar. Este vino presenta un matiz oscuro y amarillento, además de un sabor seco y áspero, denominado sabor a macerado. El tratamiento curativo de tal defecto consiste en la sulfuración de la uva recolectada, es decir, de la uva macerada.

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Añejamiento por ácido sulfúrico Los vinos que han sido trasegados reiteradas veces de una cuba ahornada a otra y que fueron sulfurados más de una vez con pirosulfito potásico, manifiestan un olor a azufre más o menos acusado. El exceso de ácido sulfúrico se reconoce al catar el vino por un sabor extremadamente ácido y seco y, además, por una aparente insensibilización de los dientes. En definitiva, adquieren el sabor propio de vinos secos y añejos y por ello se habla de un añejamiento a base de ácido sulfúrico. Sabor a madera y sabor a cuba En el vino introducido en una cuba de madera de roble, nueva e insuficientemente preparada para conservar el vino en buen estado, se observa la disolución de sustancias tánicas y de otra naturaleza, acarreando consecuencias tales, como un sabor extrañamente seco que en los vinos blancos resulta particularmente desagradable. Este fenómeno se combate mediante el estufado de las cubas que están sin estrenar. Sabor a corcho El empleo de tapones de corcho defectuosos da lugar a un sabor adicional en los vinos embotellados, sabor a corcho. Se opina que tiene su origen en hongos de micelio, que ya se manifiestan en el tronco de alcornoque traspasando la corteza, llena de manchas amarillas. Los tapones de corcho procedente de un árbol atacado por estos mohos tienen un olor característico antes de haber sido utilizados. Olor que se manifiesta en el vino embotellado y tapado con esos corchos. Sabor a metal Se produce en vinos y uvas recolectados y elaboradas en recipientes de hojalata de acero revestido de zinc. Se introducen así en el vino cantidades muy notables de zinc que origina un sabor extrañamente amargo. Desaparece clarificando el vino con ferrocianuro potásico. Sabor a heladas Las heladas que recaen sobre viñedos de uvas no plenamente maduradas son nocivas para el vino en el sentido de que éste adquiere un color

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rojo parduzco y un sabor conocido por sabor a heladas. El tratamiento preventivo consiste en sulfurar intensamente los mostos de uva atacada por heladas tempranas, siendo conveniente después, proceder a una preclarificación y vigilar que la fermentación de los mostos se lleve a cabo con levaduras auténticas. Sabor a humo Los viñedos continuamente invadidos por los humos de las chimeneas de fábricas de los entornos, presentan uvas cuya pruína recoge determinadas sustancias que, al llegar a la pulpa y posteriormente a la sustancia macerada y al líquido en fermentación, se manifiestan en el vino, confiriéndole el famoso sabor a humo. Este defecto se puede eliminar mediante la adición de eponita al mosto recién obtenido. Sabor a medicamentos Cuando las uvas proceden de cosechas considerablemente podridas y el zumo de éstas fermentó sin haber sido preclarificado, producen un vino con fuerte olor y sabor a yodoformo, llamado sabor a medicina. El tratamiento preventivo de tal sabor se basa en una sulfuración intensa del mosto procedente de las uvas podridas. Sabor a creosota Toda vid sujeta a estacas impregnadas de creosota produce uvas que, generalmente, ponen de manifiesto el sabor a creosota que persiste en el vino. Desaparece tratando el vino con eponita. Sabor a insecticidas Un sabor similar al de los hongos con micelios es el que ocasionalmente originan ciertos productos insecticidas cuyo componente de activo es el hexaclorociclohexano.

2.8.2.

Enfermedades del vino

Se conocen como enfermedades del vino, a todas las alteraciones producidas en él por bacterias, hongos con micelios y hongos productores de la flor del vino. Estos microorganismos alteran además del olor, y sabor, los componentes químicos del vino, llegando a veces a ocasionar la pérdida completa del mismo. Las principales son:

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Las flores del vino La formación de flores del vino constituía antiguamente una de las enfermedades aeróbicas de mayor frecuencia; sin embargo, en opinión de los vinateros era de mínima importancia. Es producida por los hongos de la flor del vino que se desarrollan en la superficie del vino y forman una capa constituida por membranas de color gris-blanquecino, arrugada, cuyo grosor es de 1cm aproximadamente. Es la llamada nata o flor del vino que se deshace cuando éste se agita cayendo al fondo de la cuba. Estos hongos se desarrollan en los granos de uva y en las demás frutas, desde donde llegan hasta el mosto y el vino. Se mantienen vivos durante el proceso de fermentación, si bien no se reproducen mientras no penetre el aire en la cuba y elimine el ácido carbónico producto de la fermentación. El vino constituye un medio adecuado para la formación, desarrollo y reproducción de dichos hongos. Los de alta graduación alcohólica son más resistentes a la flor que aquellos cuyo contenido alcohólico es escaso. El tratamiento preventivo de la formación de las flores del vino consiste en mantener los envases constantemente llenos y tapados. Avinagramiento Es una enfermedad muy frecuente en los vinos de países del Sur. La producen diversas bacterias que, en su gran mayoría, se desarrollan hacia fines de verano en frutas y bayas dañadas y abiertas; las bacterias pasan por la prensa y llegan al mosto. Uno de los factores que más favorecen esta transformación es el calor. Estas bacterias acéticas no se reproducen si se llenan las cubas, lo que les priva del aire necesario para desarrollarse, o si bien el aire es sustituido por dióxido de carbono; en estos casos no se produce el avinagramiento. Asimismo, las bacterias dejan de reproducirse en vinos de acidez muy alta. El tratamiento preventivo del avinagramiento de los vinos implica tomar medidas necesarias para impedir la reproducción de las bacterias acéticas desde la recolección de la uva y durante los procesos de maceración y prensado. Las uvas deben ser prensadas el mismo día de su recolección y el mosto resultante debe ser sometido a una sulfuración.

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Picadura láctica y fermentación manítica La picadura láctica del vino se manifiesta poco después de finalizada la fermentación, por un sabor áspero y agridulce; además del sabor, se observa generalmente una intensa turbidez. Esta enfermedad la suelen presentar vinos de acidez alta y vinos de fruta recolectada a temperaturas muy elevadas, que fermenta rápidamente sin haber sido suficientemente sulfurado. Es una enfermedad producida por bacterias y el tratamiento preventivo es similar al del avinagramiento. Teniendo en cuenta que la picadura láctica se presenta en mostos de acidez baja ya durante la fermentación, conviene seleccionar las uvas malas y podridas, sulfurar intensamente el mosto o la pasta estrujada y activar la fermentación utilizando levaduras auténticas resistentes al ácido sulfúrico. La manita del vino no es atacada por las bacterias maníticas ni por los demás microorganismos. Los vinos atacados por la enfermedad de la manita resaltan por su sabor agridulce y áspero y frecuentemente contienen azúcar no fermentado, lo que se explica por la parálisis prematura de la fermentación debido a la formación de enormes cantidades de ácido acético. El desarrollo de las bacterias maníticas se ve favorecido por la recolección de las uvas y la fermentación a temperaturas elevadas. Ratoneo del vino Es una enfermedad extremadamente grave, pero que, sin embargo, se. produce sólo raras veces en los vinos de uvas. Se manifiesta por un fuerte olor a ácido úrico y un sabor muy repulsivo que persiste en la parte posterior de la lengua durante cierto tiempo. Esta alteración se da en vinos de acidez baja, conservados en bodegas de temperatura demasiado alta y mantenidos durante un tiempo excesivo en contacto con las heces. El tratamiento preventivo consiste en limpiar a fondo la bodega, eliminar las heces a su debido tiempo y azufrarla intensamente. Viscosidad Es una de las enfermedades más complejas, pero menos peligrosas, que se manifiestan en los vinos de uva y en los de otras frutas. Es producida por diversos agentes y se manifiesta por la aparición de mucílago en el vino, que pierde su matiz brillante, que queda sustituido por un aspecto

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viscoso y oleoso. Al verterlo en una cuba se observa que el vino gotea en densos hilos. Es enfermedad característica de los vinos jóvenes, con acidez baja y escaso contenido de sustancias tánicas. También se manifiesta en los vinos que han permanecido demasiado tiempo en contacto con las heces. Entre las medidas preventivas primarias de la viscosidad, están los siguientes tratamientos: azufrado del mosto, fermentación completa, separación a tiempo del vino de las heces. Esas medidas primarias son importantes sobre todo en lo que respecta a la buena elaboración del vino. Descomposición del ácido tartárico y la glicerina Los vinos tintos presentan a veces enturbiamiento que alteran el color y otras propiedades sobre todo cuando el aire tiene acceso. El vino adquiere un sabor y un olor totalmente repugnantes y a medida que avanza la enfermedad progresan también las diversas alteraciones. Este proceso se acompaña de un desprendimiento incesante de anhídrido carbónico, por lo que es frecuente que se le denomine ebullición. La enfermedad se desarrolla principalmente en vinos de acidez baja almacenados en bodegas con una temperatura elevada. Medidas preventivas de esta enfermedad son: separar las uvas podridas y enfermas de las sanas; azufrado del mosto o de la pasta estrujada antes de la fermentación; trasiegos a su debido tiempo y bajo sulfuración suficientemente intensa; almacenamiento del vino en lugares frescos. Amargor del vino tinto Esta enfermedad confiere al vino un sabor extrañamente soso que se transforma en amargo a medida que avanza la enfermedad. Les hace perder el color rojo vivo que pasa a parduzco, los enturbia y precipita cierta cantidad de sedimento. A veces sólo se manifiesta el sabor amargo, sin pérdida de color ni enturbiamiento; pero aún en este último caso, resultan inaprovechables. Esta enfermedad ataca, sobre todo, a los vinos tintos, especialmente a los de Borgoña. Se presenta tantos en los vinos de barril como en los embotellados tras largos años de almacenamiento. Los gérmenes causantes de esta enfermedad son, bacterias, hongos con micelio y levaduras que están frecuentemente envueltos en las sustancias colorantes del vino tinto.

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Los tratamientos preventivos son: separación de las uvas podridas durante la vendimia; desvinar pronto la pasta estrujada fermentada; impedir el acceso del aire mediante replección constante de las cubas; azufrado intenso.

2.9.

INTRODUCCIÓN A LA CATA

La cata, también llamada degustación y análisis sensorial y organoléptico, es el procedimiento más frecuente y definitivo utilizado para apreciar la calidad de un producto de composición compleja como puede ser un vino, una sidra, un queso, un aceite, etc., sometiéndolo a la consideración de nuestros sentidos. La información que proporciona un análisis químico, físico o microbiológico respecto a un producto, por exhaustivo que sea, siempre es inferior a la que proporciona un comité de expertos catadores que trabaje con rigor.

2.9.1.

La cata del vino: metodología

«Catar un vino, es someterlo a nuestros sentidos para estudiarlo, analizarlo, describirlo, juzgarlo calificarlo y clasificarlo». Aunque en teoría todos podemos catar un vino, puesto que tenemos los sentidos desarrollados, no todos tenemos la misma capacidad de percepción. Para convertir la degustación en cata, es necesario que el experto realice un gran esfuerzo no sólo para analizar y describir las impresiones recibidas, sino para saber expresar esas sensaciones en términos claros a fin de que su opinión llegue con un lenguaje comprensible, al mayor número de personas. Existen diferentes tipos de cata, que se pueden agrupar en tres categorías: — Análisis de identificación y diferenciación — Análisis de apreciación y clasificación — Análisis descriptivo

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— Análisis de identificación y diferenciación: Consiste en la presentación de varias muestras sobre las que se debe decidir si son o no diferentes unas de otras. Son pruebas muy simples que dan muy buenos resultados objetivos. Pueden ser pruebas por parejas (presentando dos muestras a comparar), triangular (si se presentan dos vinos distintos en grupos de tres copas con distintas combinaciones), test duo-trio (en las que se presenta previamente un vino testigo para comparar) — Análisis de apreciación y clasificación: Sirve para comparar puntuar y clasificar vinos de una misma clase u origen. — Análisis descriptivo: Con él se trata de dar una descripción cualitativa y cuantitativa de cada uno de los caracteres de los vinos. Para este último tipo de cata, se necesita un especial dominio del amplio y rico vocabulario empleado en la cata. Catar es a la vez ciencia, técnica y arte. Ciencia por tener principios ordenados a un fin; técnica porque se ejecuta con arreglo a unas normas y arte porque el fin que se tiene al apreciar un vino es estético. Describiremos a continuación los mecanismos que en el arte de la cata son de gran importancia para el conocimiento de un vino, de su calidad y de sus características específicas y diferenciales. Los parámetros principales que se analizan en la valoración y descripción de un vino son cuatro y a su vez se corresponden con las sensaciones que se perciben a través de la vista, olfato, gusto y tacto. Sin extendernos demasiado, describiremos cada una de estas fases.

2.9.1.1.

Fase visual

El sentido de la vista, es el primero que utilizamos para juzgar las bondades o defectos de los vinos. Con el examen visual, se analizan y describen el color, la intensidad de color y el aspecto general del vino, llegándose a saber su juventud, madurez, limpieza, densidad, efervescencia, etc. Tanto para la fase visual como para las siguientes, es muy importante que la copa o catavinos sea la adecuada para la cata por la gran incidencia que ésta tiene sobre la calidad e intensidad de las sensaciones recibidas. Deben estar hechas de cristal transparente, totalmente incoloro y sin dibujos ni tallas. La capacidad debe ser suficiente para que unos 50 ó 60 mL de vino ocupen una tercera parte de la misma.

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El pie de la copa debe ser largo y fino para que la mano no toque el llamado cuerpo de la copa con lo que podría alterar la temperatura y el aroma El diámetro ha de ser menor que la base para que se concentren mejor los aromas. Color Junto con la limpidez, es quizás el carácter visual más importante del análisis sensorial de los vinos. Se le conoce como la cara del vino y es la primera percepción importante del catador. Se hace con el vino en absoluto reposo y empleando la siguiente técnica de observación. El catavinos con el vino a juzgar, se coloca delante de una superficie de color blanco óptico, e iluminada con luz natural. A continuación se inclina la copa hacia delante hasta formar con la horizontal un ángulo de 45° y se dirige la vista hacia el borde del líquido a fin de poder comparar la superficie de fondo blanco con el color del vino en un espesor reducido. De esta forma, el experto (persona con adecuado aprendizaje y suficiente práctica), podrá matizar exactamente el color del vino, debiendo apreciar su intensidad, vivacidad y tonalidad o matiz. Viscosidad o fluidez Es la observación visual de la caída que tiene un vino al verterlo en la copa, o cuando se agita en la misma. Según la distinta viscosidad se pueden utilizar adjetivos como, fluido, suelto, normal, denso, oleoso, viscoso, mucilaginoso. El espacio vacío que queda en el catavinos debe permitir realizar pequeños movimientos rotatorios sin peligro de verterlo, para llenar la copa de vapores aromáticos. En el descenso por sus paredes se forma una especie de goterones llamados lágrimas y que los franceses llaman jambes (piernas), que al resbalar lentamente nos darán idea de la viscosidad del vino, informándonos de su riqueza en alcohol, glicerina y azúcar. Son más abundantes en vinos de alta graduación. Es frecuente encontrar en un vino viscoso una alteración conocida como grasa o ahilado, producida por bacterias lácticas que segregan una sustancia mucilaginosa; lo que confiere al vino atacado este característico aspecto. También pueden ser debidos estos síntomas a que las vendimias de las cuales procede el vino en cuestión, pudieron ser atacadas por una enfermedad criptogámica, la botrytis, que le comunica al vino ese aspecto viscoso.

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Limpidez o transparencia Limpidez o transparencia «es la cualidad de un medio homogéneo, a ser atravesado por la luz de una manera completa y uniforme». Por esta razón es por lo que los vinos blancos que tienen un espectro de absorción mayor, parecen más limpios y brillantes que los tintos. El que un vino esté limpio o turbio no entraña sólo un defecto de índole organoléptico, sino que pueden revelar alteraciones de otra naturaleza, como precipitaciones diversas o enfermedades de tipo microbianas. Además, la partículas causantes de la turbidez, interfieren directamente en el sentido gustativo del vino que se cata, haciendo que parezca más áspero y menos armónico. Para realizar las observaciones de limpidez en los vinos, se puede operar colocando la copa ante nuestros ojos y situando detrás de ella una fuente luminosa de manera que los tres elementos estén situados en linea recta tal como se muestra en la (Figura 2.7).

FIGURA 2.7. Observación directa.

Otra manera de analizar esta característica y que permite incluso detectar partículas más pequeñas que por el procedimiento anterior consiste en situar el ojo, la copa con el vino y la fuente de luz formando un ángulo lo más recto posible (Figura 2.8). Las partículas que puede que en sí no sean visibles, se hacen patentes al reflejarse la luz en ellas. Es el fenómeno conocido como el efecto Tyndall, tan perceptible cuando los rayos de luz atraviesan una habitación obscura y se hacen visibles la partículas en suspensión. Las partículas en suspensión que pueda contener un líquido, al ser opacas y de forma irregular, no son atravesadas por la luz que reciben, sino que la difunden o reflejan en todas las direcciones, haciendo aparecer a estos líquidos heterogéneamente iluminados, con las característica típica de los líquidos turbios (A. Maveroff).

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FIGURA 2.8. Observación indirecta.

Técnicamente la limpidez se puede medir con aparatos especiales, llamados nefelómetros; son contadores electrónicos de partículas, que pueden incluso clasificarlas según sus tamaño. Según lo observado se podrá hablar de un vino cristalino, brillante, limpio, opalescente, empañado, velado y turbio. Efervescencia El desprendimiento de gas carbónico a simple vista, puede considerarse un defecto cuando nos encontramos ante un vino tranquilo o una virtud si se trata de un vino de tipo carbónico como los: espumoso, de aguja y gasificado. El hecho de detectar gas carbónico en un vino tranquilo, significa que o bien conserva restos del que se produjo durante la fermentación alcohólica, lo que le confiere carácter de juventud, o bien se trata de una fermentación accidental del vino, en cuyo caso se observa también cierta turbidez producida por los microorganismos que han provocado la alteración. En los vinos espumosos, el gas carbónico procede de una segunda fermentación alcohólica del vino, o de origen endógeno, alcanzando en botella una presión mínima de 4 atmósferas a 20 °C.

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Para su cata es importantísimo considerar ciertos caracteres específicos como son, el tamaño, número y persistencia de las burbujas desprendidas; de ahí que las copas normalizadas para el análisis sensorial, no satisfagan plenamente esta exigencia, y deban ser copas más esbeltas, del tipo flauta o tulipán a fin de poder observar mejor el desprendimiento del gas, durante un trayecto más largo. El tamaño de las burbujas Son de calidad las de tipo pequeño, y de peores características a medida que su tamaño va siendo mayor. El desprendimiento de burbuja Se forma desde las paredes de la copa en el seno del vino, subiendo hacia la superficie en hileras de burbujas llamadas rosarios; siendo su número, finura y persistencia caracteres altamente positivos. Las burbujas nacen de un punto de partida, que bien puede ser una pequeñísima partícula adherida a la pared de la copa, o bien a una irregularidad del cristal. Por esta razón los rosarios casi siempre suelen formarse en las paredes y raras veces en el seno del vino, aunque en este último caso es también perfectamente posible si existe una partícula en suspensión. A medida que las burbujas ascienden hacia la superficie del vino, aumentan de tamaño respecto de su situación de partida. La persistencia de espuma Se forma en la superficie del vino y es especialmente abundante en el momento de servir el vino; luego es de carácter más atenuado dibujando encajes que proceden del gas carbónico desprendido, o los llamados cercos, coronas, o cordones que se forman en la zona de contacto entre el cristal y superficie del vino (menisco). En general en los vinos espumosos, tanto la estructura de la espuma, como la finura de las burbujas, depende de múltiples factores como son la técnica de elaboración, la calidad del vino base, la temperatura a que se sirve, etc. Pero quizás el secreto de este fenómeno esté en el proceso de crianza en las cavas, con un adecuado envejecimiento del vino sobre sus levaduras. Los vinos de aguja tienen una presión en botella menor de las 3 atmósferas, medidas a 20 °C; su origen también puede ser de tipo endóge-

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no. En estos vinos, se aprecia en la copa un lento desprendimiento del gas carbónico sin la formación de rosarios o de espuma persistente de los espumosos. Únicamente se puede observar en la superficie del vino y junto a las paredes de la copa, un ligero anillo de espuma. Su nombre se lo debe a la sensación picante que comunican en la boca por el carbónico que contienen. Por último, en los vinos gasificados, el gas carbónico es añadido artificialmente o de forma exógena, presentando una menor calidad que los anteriores. Forman espuma poco persistente y el desprendimiento de las burbujas es caótico y de mayor tamaño.

En definitiva, el personaje principal en una degustación es el vino, y por tanto la copa debe permitir que los sentidos reciban toda la información posible sin oponer ningún obstáculo. De ahí la importancia que tiene una elección adecuada.

2.9.1.2.

Fase olfativa

Las sensaciones más sutiles y refinadas que se consideran esenciales en una cata, se centran exclusivamente en las percepciones olfativas del vino. El olfato (diez veces más potente que el gusto), es el sentido que nos proporciona mayor información sobre un vino, pero también el que proporciona sensaciones más complejas y difíciles de definir. El centro del olfato está en el epitelio olfativo de la mucosa nasal, situado en la parte superior de la nariz. En este epitelio, las células olfativas, de forma alargada, están diseminadas proyectándose al exterior en vesículas ciliares. Los olores se perciben o, directamente a través de los orificios de la nariz (Figura 2.9), o vía nasal directa (antes y después de agitar la copa para que el vino gire), o con el líquido dentro de la boca, a través del la vía retronasal o buconasal. Aunque todos los olores se perciben en un mismo centro (el epitelio olfativo) como ya se ha indicado, el mismo componente aromático puede ser captado de distinta manera según proceda de una vía u otra resultando dos aromas diferentes. La explicación de esto puede estar en que el vino en la boca es sometido a un calentamiento y a una agitación producida por la lengua, que no se produce en una copa de vino directamente olfateada.

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FIGURA 2.9. Imagen que muestra el centro del olfato y las dos vías de percepción.

El llegar a describir los aromas de un vino es muy difícil ya que generalmente un vocabulario no puede expresar exactamente una sensación. De ahí que sea típico asociar los aromas de los vinos con olores característicos de nuestro entorno como flores, frutas, hierbas, especias, entre otros, facilitando así la comunicación de la sensaciones olfativas recibidas. Para que esta percepción se haga en las mejores condiciones hay que considerar, por su gran importancia, varios factores: El recipiente Debe ser el adecuado para tal fin. El que mejor cumple este cometido es la copa normalizada de cata o «catavino». Una correcta agitación Esta operaciones mecánicas que consiste en una agitación circular del vino en la copa, es esencial para apreciar la calidad o tipos de aromas desprendidos y la intensidad de los mismos. También en esta fase de la cata, se detectan con mayor facilidad los defectos aromáticos del vino como pueden ser el olor a picado, azufre, etc.

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La temperatura Generalmente cuanto más alta es la temperatura, más intenso es el desprendimiento de aromas y la percepción olfativa será mejor. Pero puede suceder que estas altas temperaturas no sean tan convenientes para los demás sentidos que se han de utilizar. Por ello para un análisis organoléptico adecuado, las temperaturas más idóneas están, entre 10 y 12 °C para los vinos blancos, de 8 a 10 °C para los espumosos, de 12 a 16 °C para los rosados y para los vinos tintos entre 16 y 20 °C. El número de catas El sentido del olfato puede fatigarse al realizar su función de manera repetitiva, o bien embotarse por haber aspirado antes otro vino de aroma más intenso. Por estas razones no deben catarse más de ocho o diez vinos por sesión, juzgándose además vinos con aromas más o menos homogéneos. Estado físico y psíquico del catador Debe estar predispuesto a realizar el sutil ejercicio de la cata. No es conveniente que los catadores se pongan colonias, lociones o perfumes antes de la cata, pues estos olores anulan totalmente los del vino. Del mismo modo cualquier circunstancia que conlleve a mermar la capacidad sensitiva del catador debe de ser evitada, como, comidas con especias, catarros comunes, fumadores, etc. La hora El momento o la hora ideal para realizar el ejercicio de la cata es cuando los sentidos del catador están más despiertos y pueden captar una mayor cantidad de matices. Este momento coincide con la última hora de la mañana y antes de la comida.

2.9.1.3.

Fase gustativa

El gusto, junto con el olfato, es el sentido fundamental para la cata. Los órganos receptores gustativos, que son estimulables por las sustancias sápidas, están localizados en la lengua y se registran en unos puntos, lla-

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mados papilas gustativas, distribuidos de forma irregular y unidas al cerebro mediante nervios (Figura 2.10). Éstas, solo proporcionan información sobre los cuatro sabores, dulce, ácido, salado y amargo. Con mayor o menor intensidad, estos cuatro sabores están presentes en los vinos y dado que sólo las sensaciones azucaradas son agradables mientras que las otras tres en estado puro resultan desagradables, se puede decir que: «La virtud en un vino, está en el equilibrio de las cuatro sensaciones, en la potencia con que estimulan el sentido del gusto y en la persistencia o período de tiempo que permanecen las sensaciones en la boca».

FIGURA 2.10. Imagen que muestra los órganos receptores del gusto.

Para llevar a cabo esta fase debe ingerirse una pequeña cantidad de líquido, con la boca entreabierta para permitir al mismo tiempo la entrada de aire, y después de tenerlo entre la lengua y el paladar llevarlo lentamente y con atención hacia el final de la boca, extendiéndolo por los carrillos para que gane el líquido superficie de contacto, sin tragarlo. Debe introducirse el vino en todas partes para que las diferentes papilas que

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perciben los sabores se impresionen. Esta toma de vino se acompaña de una primera aspiración de aire por la boca entreabierta, de manera que los vapores olorosos participen en la fase de ataque. La exaltación del aroma o de un defecto de carácter volátil se obtiene practicando una pequeña aspiración de aire entre los labios entreabiertos, juntando un poco las mejillas. Este aire emulsiona el vino recalentado y los vapores olorosos así arrastrados son percibidos por la vía retronasal. En la cavidad bucal y especialmente en la lengua también se producen otras sensaciones distintas al gusto, pero no por ello menos importantes a la cata, como son las percepciones de carácter térmico, e incluso táctiles a nivel de viscosidad y untuosidad, siendo, responsables de estas última sensación las papilas filiformes. La saliva juega un papel de lubricación en la boca, restando caracteres ácidos por ser su pH neutro. La sensación de astringencia o aspereza que comunican algunos vinos, se debe a una falta de poder lubricante de la saliva, al coagularse la mucina de ésta con los polifenoles de cierta clase de vinos. Para que la última fase de la cata sea completa y correcta, es importante tomar en la boca un sorbo pequeño de vino, de unos 10 mL realizando al mismo tiempo una suave aspiración de aire para hacerlo burbujear con el vino y así percibir los aromas de la boca. Tomando la misma cantidad en cada degustación, las impresiones se recibirán de la misma forma y en semejantes condiciones. Así mismo el vino degustado se debe extender por toda la superficie de la boca para que todas la papilas gustativas se estimulen a la vez. En caso de poner en contacto el vino con una zona restringida de la lengua, las impresiones recibidas pueden ser poco claras además de variables cuando se repita la degustación varias veces. El tiempo de esta etapa suele variar entre 5 y 15 segundos. Por último, es conveniente entre vino y vino dejar transcurrir un cierto tiempo o tomar una pequeña cantidad de un alimento neutro como el pan, o enjuagarse la boca con agua.

2.9.1.4.

El tacto

Además de las sensaciones sápidas, en la boca se perciben sensaciones táctiles y térmicas, pudiendo definir en ella dos tipos de tacto: el tacto activo, que es el que experimentamos en la lengua, y el tacto pasivo

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que experimentamos en el paladar y las mejillas. Las sensaciones de sequedad y rugosidad, provocadas por la astringencia del vino debidas a la causticidad que producen algunos ácidos del vino, las sensaciones térmicas producidas por el alcohol y las reacciones que provoca el contenido en carbónico de algunos vinos, son todas reacciones puramente táctiles, que hacen aparecer al vino con una configuración geométrica, en forma y volumen. Para terminar y como resumen, indicaremos una serie de conceptos del equilibrio de sabores que es necesario tener en cuenta. — Un vino soporta mejor la acidez cuando su grado alcohólico es más elevado. — Los gustos ácidos, amargo y astringentes se suman. — Los vinos más duros son ácidos y ricos en taninos. — Una gran riqueza en taninos se soporta mejor si la acidez es débil y su grado elevado. — El grado es un elemento importante, no por el sabor del alcohol en sí, sino por el mejor equilibrio que permite obtener. — En consecuencia, para que un vino sea logrado, debe haber entre los grandes grupos sápidos y olorosos una justa relación, una combinación favorable de constituyentes.

2.10.

BIBLIOGRAFÍA

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Tema 3 MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD Soledad Esteban Santos

ESQUEMA DE CONTENIDOS 3.1. 3.2. 3.3. 3.4.

3.5. 3.6.

3.7.

3.8.

Introducción Conceptos previos Breve historia de los fármacos Clasificación de los fármacos 3.4.1. Clasificación basada en la relación acción-estructura 3.4.2. Clasificación basada en la acción farmacológica Cómo se nombran los medicamentos 3.5.1. Medicamentos genéricos Mecanismo de acción de los fármacos 3.6.1. Naturaleza de la biofase 3.6.1.1. Lípidos 3.6.1.2. Proteínas 3.6.1.3. Ácidos nucleicos 3.6.2. Tipos de interacción fármaco-biofase 3.6.2.1. Enlace covalente 3.6.2.2. Enlace iónico 3.6.2.3. Uniones de diversos tipos 3.6.3. Métodos de estudio de la relación estructura química-actividad biológica Producción de fármacos 3.7.1. Búsqueda de nuevos fármacos 3.7.1.1. Descubrimiento y estudio efectos biológicos en productos naturales o sintéticos 3.7.1.2. Cribado o «screening» sistemático 3.7.1.3. Modificación molecular 3.7.1.4. Síntesis planificada racionalmente 3.7.2. Perspectivas futuras en el diseño de fármacos Comentarios sobre algunos fármacos muy conocidos y frecuentes 3.8.1. Medicamentos cardiovasculares 3.8.2. Medicamentos que afectan al sistema nervioso central

3.8.3.

Agentes antibacterianos 3.8.3.1. Sulfamidas 3.8.3.2. Antibióticos 3.8.4. Fármacos esteroidales 3.8.5. Analgésicos 3.8.6. Antiinflamatorios no esteroídicos 3.8.7. Antihistamínicos 3.8.8. Otros fármacos 3.9. Posibles aplicaciones didácticas 3.9.1. Un ejemplo concreto: la aspirina 3.10. Conclusiones 3.11. Bibliografía

3.1.

INTRODUCCIÓN

Cuando hablamos de salud, inmediatamente asociamos esa palabra con la medicina, pero no tanto con la química. Pero si reflexionamos algo más despacio, el término «medicamento» ya sí lo vamos relacionando algo más con la química: farmacia, fármaco, laboratorio, productos químicos... Química, en definitiva. Y, efectivamente, los medicamentos sí que están unidos a la química, y estrechamente además, tanto en su vertiente práctica (diseñar, fabricar, analizar medicamentos...), como en su historia. La palabra griega pharmakon, de la que deriva el término fármaco, era utilizada en la antigüedad entre los alquimistas griegos para referirse a los reactivos químicos. Los medicamentos tienen evidentemente una connotación generalmente positiva al asociarlos con la química. No obstante, hay otros aspectos también conectados al tema de química y salud que ya no son tan positivos sino, incluso, todo lo contrario. Tales son los fenómenos de contaminación desde sus diversos orígenes y procedencias. O los problemas causados por los casos de envenenamiento, más o menos intenso, a través de nuestra alimentación. Asimismo, hay otros aspectos que representan la cara y cruz de la química: por ejemplo, los problemas causados por la radiactividad y, al mismo tiempo, todos los servicios que la radioquímica presta a la medicina. Por último, dentro de este trinomio de salud/química/medicina caben otros muchos capítulos, como el de los análisis clínicos, por ejemplo. Sin embargo, no nos detendremos en ellos, sino que nos centraremos en

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el de medicamentos o, mejor dicho, en el de fármacos y medicamentos. Y esto porque todos tenemos en casa, o solemos tener, un botiquín o un simple cajón con medicamentos, con los que tratamos de cuidarnos, de curarnos y, en definitiva, de velar por nuestra salud.

3.2.

CONCEPTOS PREVIOS

Todos hablamos de medicamentos. También mencionamos a veces la palabra «fármacos» y, en general, la tomamos como sinónimo de la anterior. Sin embargo, esto no es del todo cierto, habiendo un matiz muy importante a tener en cuenta, causa de su diferencia: • Fármaco es toda sustancia químicamente pura que presenta una acción biológica, lo cual no significa que pueda ser siempre utilizada con fines terapéuticos. Su procedencia puede ser bien de fuentes naturales —es decir, su materia prima es de origen vegetal, animal o, incluso, mineral— o bien de síntesis en un laboratorio. • Medicamento es todo fármaco cuya actividad biológica se utiliza ya para fines terapeúticos. Ello tiene una fácil explicación, sólo pensando que muchos fármacos, aunque tengan una actividad biológica apropiada para ciertos fines, pueden presentar —por ejemplo— unos efectos secundarios en absoluto deseables para el hombre o los animales a los que fueran destinados. Es decir, no todos los fármacos pueden ser empleados como medicamentos. Por esto, antes de que un fármaco pueda ser convertido —en su caso— en un medicamento, ha de pasar por una serie de controles, tanto farmacológicos y toxicológicos (tipo de actividad, efectos secundarios y laterales, carencia de actividad carcinogénica, etc.) como químicos, sobre todo analíticos (pureza, composición química, etc.). Y una vez que el fármaco supera esos controles, se le aprueba oficialmente para su introducción en el mercado de medicamentos. Pero, además, se ha de presentar bajo una forma determinada, en general con uno o más principios activos y con excipientes, de tal manera que así pueda ser suministrado al paciente (como comprimidos, inyecciones, etc.). Otro término que no debe confundirnos es el de droga. Aunque en nuestro lenguaje cotidiano solemos emplearlo con una acepción negativa,

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en realidad hace referencia a la materia prima de origen animal o vegetal que contiene algún o algunos principios activos, pero que no ha sido manipulado (y mucho cuidado asimismo con su traducción del inglés, pues «drug» significa también medicamento). Por otra parte, al tratar de medicamentos y fármacos no hay que olvidar el término de principio activo, que se definiría como el grupo atómico responsable de la actividad biológica del fármaco. La ciencia que se dedica al estudio de los fármacos desde una perspectiva química es la Química Farmacéutica, que trata de investigar la relación entre estructura química y actividad biológica. De esto mismo se infiere, pues, su carácter marcadamente interdisciplinar. Así, el diseño y síntesis de los fármacos consisten básicamente en una química orgánica, mientras que su análisis se basa en ésta y sobre todo en una química analítica orientada en ese sentido. Aunque asimismo es importante la aportación de la química física. Pero la Química Farmacéutica también está relacionada con la biología: por ejemplo, en su vertiente bioquímica y farmacológica, a fin de estudiar el mecanismo de acción de los fármacos a nivel molecular. Y con las matemáticas... Y la informática es actualmente imprescindible en muchas facetas de la producción de fármacos, como es el caso de la modelización molecular. A veces a esta ciencia se la conoce también como Química Terapéutica o como Química Médica, cuyo objetivo primordial es el estudio químico de los fármacos, investigando la relación de su estructura y propiedades químicas con la respuesta biológica, para crear así los conocimientos necesarios para la creación de nuevos fármacos. Pero en realidad no son exactamente sinónimos ya que, al menos en las universidades españolas, la Química Terapéutica queda integrada dentro de la Química Farmacéutica, la cual es más amplia pues sus contenidos también abarcan el análisis y síntesis de fármacos. Ambas están, pues, muy relacionadas y son más bien traducciones alternativas al término inglés de Medicinal Chemistry.

3.3.

BREVE HISTORIA DE LOS FÁRMACOS

Antes de ir a la actualidad y analizar los aspectos que más nos interesan de los medicamentos y de los fármacos —tales como tipos, producción, acción biológica, rutas más importantes de obtención...— haremos un pequeño viaje al pasado, contando algo de su historia, es decir, de los aspectos más significativos de su evolución a lo largo del tiempo.

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Desde los primeros momentos de su existencia, el hombre ha intentado luchar contra el dolor y contra la muerte, buscando remedios que pudieran ayudarle en esa lucha. Por ello, desde tiempo inmemorial se han utilizado con ese objetivo productos del reino mineral y sobre todo plantas y a veces, también, ciertas partes de animales. Así, era conocido el poder curativo de hierbas y de muchos tipos de vegetales, que se aplicaban directamente o bien en forma de pócimas, extractos, ungüentos... El conocimiento que se tenía sobre la eficacia y utilización de esos remedios era evidentemente empírico, y así continuó durante muchísimo tiempo, prácticamente hasta una época muy reciente, el siglo XX. Dejando aparte los tiempos prehistóricos, si nos internamos en la Antigüedad, en China encontramos testimonios sobre drogas de origen vegetal utilizadas ya hace miles de años y en las que fueron muy diestros: tal es el caso del «ma huang», con compuestos activos análogos a la efedrina, empleado ya hace más de cinco mil años, o el «ch’ang shan», que era eficaz contra la malaria, según cita el emperador Sheng Nung en el 3000 a. C. En la alquimia china, desde el siglo VI a. C. se conocían técnicas y teorías curativas. Según el texto Tao Te Ching de Lao Tse, el equilibrio del cuerpo dependía de las proporciones de dos principios opuestos, el yin (principio femenino, frío, oscuro y negativo) y el yang (principio masculino, caliente, luminoso y positivo). En cuanto a la India, también nos han llegado testimonios sobre su conocimiento acerca del poder curativo de muchas plantas, en obras como Caraca y Susruta. Por otra parte, entre los egipcios se encuentran numerosas referencias al empleo de medicamentos, con una terapeútica en mayor medida basada en su extracción de organismos vivos, sobre todo de plantas (hojas, flores, raíces, tallos, semillas...). Pero también se utilizaban los procedentes del mundo mineral. Así, empleaban la estibina o sulfuro de antimonio en la cosmética, para pintar cejas y ojos, pero debido muy probablemente a sus propiedades curativas y antisépticas (el famoso kohol, que continua usándose hasta hoy en los países árabes). O el natron, sal que obtenían de los lagos salados de la región del Nilo próxima a Alejandría, constituida principalmente por carbonato sódico y que empleaban ya desde el 5000 a. C. sobre todo en sus técnicas de embalsamamiento y de conservación de alimentos, aunque también en medicina. O el litargirio (PbO), el alumbre, el verdigris (carbonato de cobre hidratado), el oropimente (sulfuro de arsénico). Y eran diestros en la preparación de aceites y esencias, de bálsamos, ungüentos y píldoras. Son muy extensos los testimonios escritos sobre todo ello contenidos en los papiros de medicina egipcia, de los que nos han llegado unos siete,

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siendo los más importantes el de Smith (aprox. 1600 a. C.) y el de Ebers (aprox. 1500 a. C.), que reflejan incluso conocimientos en medicina muy anteriores a su escritura. Por ejemplo, en el de Ebers, entre otros muchos casos, se indica la utilización de sulfuro de arsénico contra los panadizos (con lo cual se inicia el conocimiento rudimentario sobre la utilización de arsenicales como agentes antiinfecciosos), o de hojas de sauce para ciertas lesiones (relación directa con la acción del ácido salicílico y, por tanto, también con la aspirina). Otra veces señalan el empleo de carne fresca sobre las heridas. En cuanto al mundo occidental de la Antigüedad, es decir, griegos y romanos, hay que destacar, respectivamente, a Hipócrates (a. C.) y a Galeno (131-200 d. C.), dos figuras clave en la historia de la medicina. El primero nos ha legado sus tratados sobre medicina —llamados por eso mismo tratados hipocráticos—, en los que describe numerosas enfermedades y sus síntomas, así como la aplicación de remedios constituidos muy a menudo por compuestos metálicos. Galeno utilizaba sobre todo productos de origen vegetal. Aplicaban la teoría de Aristóteles de los cuatro elementos a la medicina: en todo organismo existen cuatro humores (sangre, flema, bilis y bilis negra) que se encuentran en equilibrio cuando el individuo está sano. Si se rompe ese equilibrio porque aumenta la proporción de un elemento, se produce la enfermedad y el tratamiento de Galeno para la curación consistía en administrar el elemento opuesto. Existen importantes textos griegos sobre farmacopea, como el De Materia Medica de Dioscórides, del siglo I d. C., en el que se citan muchos compuestos inorgánicos con propiedades medicinales. Por ejemplo, los alumbres (sulfatos dobles de aluminio y un metal alcalino) eran muy utilizados por los romanos por su poder astringente, cualidad conocida desde mucho tiempo atrás (2000 a. C.). También se menciona en ese texto la utilización de la «colchicina» —sustancia que en realidad se encuentra en las semillas del Colchicum autumnal— para combatir la enfermedad de la gota, por lo que tal vez sea uno de los primeros fármacos antiinflamatorios (empleado, pues, desde hace más de 2000 años). Plinio, en su Historia Natural, hace también referencia a productos curativos y fue el médico romano Celso el que ha dejado más escritos sobre ello. La práctica química toma una importante dirección hacia las aplicaciones farmacéuticas con la alquimia, la cual representa una importante contribución a la química terapéutica. Fundamentalmente esta vertiente tuvo su origen en la alquimia china, que se desarrolla en estrecha conexión con la medicina. Para los chinos más importante que la fabricación

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de oro a partir de otros metales era la obtención de elixires con los que el hombre pudiera alcanzar la perfección y la inmortalidad. Ya se ha tratado de su teoría del equilibrio dentro del cuerpo según las proporciones de los opuestos yin y yang. Prepararon gran cantidad de remedios farmacéuticos por métodos químicos, estudiaron numerosos procesos de fermentación y obtuvieron medicamentos con alto contenido de hormonas sexuales. Esta idea del elixir de la vida también se desarrolló en la India, pero fueron los chinos quienes probablemente la pasaron a los alquimistas árabes que, a su vez, la transmitieron al occidente cristiano medieval. Y también en la Edad Media el alcohol se convirtió en un producto muy apreciado en las actividades farmaceúticas, principalmente como disolvente. Esa misma palabra tiene un origen claramente árabe, aunque en el Occidente cristiano de aquella época se le llamase «aqua vitae» y «aqua ardens», es decir, agua de vida o agua ardiente (por su carácter inflamable), respectivamente. En el siglo XIV hubo un alquimista muy relacionado con este producto. Se trata de Juan de Rupescissa (latinización del nombre Peratallada, en catalán, o Roquetaillade, en francés) franciscano muy probablemente catalán, aunque también hay ciertas dudas de que pudiera haber nacido en la Cerdaña, en el mediodía francés. Llamaba al alcohol quintaesencia y atribuía al alcohol obtenido por diversas destilaciones del vino unas cualidades curativas especiales, alegando que era la «esencia de los cielos». Y esas cualidades aumentaban si se disolvía en la quintaesencia el sol (oro), dando «oro potable», que sería lo que proporcionaría salud y larga vida a los hombres. Esta valoración del alcohol condujo a buscar nuevas quintaesencias en muchas hierbas y minerales. Lo cual dio lugar, por una parte, a que en los monasterios se fueran cultivando viñedos, se construyeran destilerías y se preparasen licores muy diversos, algunos de los cuales con el tiempo han alcanzado gran fama (benedictine, charteux, mistelas, etc.). Y, por otra parte, promovió posteriormente —en el siglo XVI— el desarrollo de la iatroquímica. Así, el verdadero comienzo de la química farmacéutica tiene lugar en pleno Renacimiento, con Paracelso (1493-1541), cuyo verdadero nombre era Philippus Theofrastus Bombast von Hohenheim. Tomó estudios en medicina y también se formó en alquimia. En su faceta de médico fue ferviente defensor de los medicamentos de origen mineral, mientras que los medicamentos grecorromanos eran fundamentalmente de origen orgánico. Desarrolló una teoría sobre la materia, la de los tria prima o tres principios presentes en toda la materia (es decir, en todos los cuerpos del reino mineral, vegetal o animal), que eran sal, azufre y mercurio.

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Cuando su proporción se alteraba en un cuerpo, se producía la enfermedad, que se curaba por la administración del producto químico adecuado. Tales eran las sales de los metales pesados, como las de mercurio, eficaces contra la sífilis, o las de antimonio, contra la esquistosomiasis. Su medicina tiene el nombre de medicina espagírica o espagirismo. Suponía que la materia sutil o energía se podía separar de la materia. Una vez que esa energía se separaba de las sustancias curativas —minerales, vegetales o animales— podía unirse a la energía propia del hombre y producir la curación. De ahí ese nombre, del griego spao, separar, y ageiro, juntar. En cuanto a esas medicinas o remedios espagíricos, hay que destacar que eran preparados mediante un conjunto de procesos y técnicas químicas que constituían la llamada iatroquímica, fundada asimismo por Paracelso. Era, pues, una especie de química médica, química farmacéutica y toxicología, ya que consideraba que la medicina debía apoyarse en la química. Se extendió rápidamente por Europa y tomó gran arraigo, sobre todo en los siglos XVI y XVII, dando lugar a un nuevo tipo de médicos —híbridos de médicos/químicos/boticarios—, independientes de los médicos tradicionales. Paracelso fue, en realidad, el primero en considerar la vida como un proceso químico, con lo que la enfermedad era debida a alteraciones en ese proceso. Por otra parte, el descubrimiento de América había supuesto para las ciencias de la naturaleza toda una fuente de innovaciones, ofreciendo este continente nuevos minerales, una nueva fauna y también una nueva vegetación. Esto último, sobre todo, afectó muy directamente a la farmacopea al poner en contacto al mundo europeo con vegetales y drogas hasta entonces desconocidos y que eran utilizados por los habitantes de aquellas tierras. Tal es el caso del árbol de la quinina y su corteza, empleado contra la malaria, las hojas de coca, los hongos sagrados o el té mexicano. Esto influye en que la medicina se vaya orientando más hacia remedios de procedencia vegetal, sobre todo a partir del siglo XVII. Y en química abrió el paso a la actual química de productos naturales. En el siglo XVIII el botánico sueco Carl Linneo (1707-1778) realiza una clasificación de las plantas, que resulta sumamente interesante para la farmacología, puesto que se empiezan a relacionar sus efectos biológicos, por una parte, con su tipo según esa clasificación, y por otra, con los diferentes órganos del cuerpo humano. Se descubren así cualidades terapéuticas en muchas plantas, siendo tal vez la más importante la digital, que se empezó a utilizar contra la hidropesía y en determinados problemas cardiacos (descubrimiento realizado por Withering, 1741-1799).

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En el siglo XIX tiene lugar una importante innovación en el mundo de los medicamentos. El objetivo de éstos no va a ser sólo la curación, sino que se inicia una nueva dirección: la búsqueda de la lucha contra el dolor. Lucha en la que se consiguen éxitos sumamente significativos con el hallazgo de compuestos con capacidad anestésica. De esta manera, el famoso electroquímico Humphry Davy (1778-1829) descubre el poder anestésico del óxido nitroso, al que siguieron el éter dietílico (Long, 1815-1875) y el cloroformo (Simpson, 1811-1870). Ese mismo siglo es también testigo del enorme avance de la química orgánica, lo cual incide muy directamente sobre el desarrollo de los fármacos. Con ello, determinados productos orgánicos de origen sintético se utilizan para distintos fines terapéuticos. Tal es el caso del hedonal, de poder hipnótico (que no es otra cosa que carbamato de isopentilo, 1889) o del veronal, primer barbitúrico (1903). Por otra parte, se avanza también en la extracción y purificación de los principios terapéuticos del mundo vegetal. Se aíslan así la morfina, la atropina, la quinina, la cafeína... Sin embargo, todos estos avances se deben a investigaciones de carácter totalmente empírico y a descubrimientos casuales. Pero esta situación empieza a cambiar a partir de mediados del siglo XIX gracias fundamentalmente a tres figuras: Pasteur, Koch y sobre todo Ehrlich. El biólogo y químico francés Louis Pasteur (18221895) reconoció la existencia de microorganismos y que muchas enfermedades eran producidas por éstos. Aunque ya se conocía esta idea, Pasteur logró demostrarla y encontrar medios para evitar el desarrollo de esos microorganismos, lo que le llevó a combatir importantísimas enfermedades por distintos métodos, sobre todo con la aplicación de vacunas. A su vez, el bacteriólogo alemán Robert Koch (1843-1910) emplea nuevos métodos analíticos microscópicos con los que consigue aislar bacterias causantes de enfermedades tan extendidas y peligrosas como el ántrax y sobre todo la tuberculosis, destacando así en el estudio de enfermedades infecciosas (Premio Nobel de Medicina en 1905). Con todo ello, se comienza a intentar dilucidar la estructura química de algunos fármacos. Este hecho culmina en la figura de Paul Ehrlich (1854-1815), médico y biólogo también alemán a quien se le considera con justicia fundador de la quimioterapia, que recibió el Premio Nobel de Medicina en 1908. Ehrlich lanzó la hipótesis de que si la enfermedad de un individuo era producida por un microorganismo externo, podría combatirse esa enfermedad mediante la administración de una sustancia que fuera capaz de matar al microorganismo pero que no matase al individuo. Y esa sustancia debería tener una afinidad hacia los componentes cito-

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plasmáticos del huésped. Con esto plantea el concepto de receptor como lugar donde la droga se encaja mediante una reacción química, idea cuyos principios básicos aun subsisten en la actualidad, aunque con variaciones conceptuales debidas a los avances en el conocimiento científico. Esa era la época en la que se habían descubierto los colorantes sintéticos, que teñían las fibras textiles. Y también se empezó a intentar utilizarlos para teñir ciertos microorganismos incoloros y poderlos observar así en el microscopio. Ehrlich pensó que los grupos funcionales capaces de teñir microorganismos tendrían por ello una afinidad protoplasmática hacia esos microorganismos. Y con esto se comenzaron a estudiar las posibilidades curativas de muchos colorantes. Resultó de esta manera que el colorante rojo tripan tenía actividad contra enfermedades causadas por tripanosomas. Otra sustancia no colorante, pero de estructura muy relacionada con ellos, la germanina, resultó muy activa contra la enfermedad del sueño. Investigando en esta dirección Ehrlich empezó a trabajar con arsenicales capaces de unirse a proteínas o a hidratos de carbono. Modificando estructuras derivadas y relacionadas unas con otras y analizando su actividad in vivo e in vitro llegó a la síntesis del famoso salvarsán, compuesto que contenía As 3+ muy eficaz en el tratamiento de la sífilis (1910). Volviendo a finales del siglo XIX, un hecho destacadísimo —no ya sólo para esos momentos, sino para toda la historia de los fármacos— es la síntesis de la aspirina, por Felix Hoffman en 1898. Y entrando en el siglo XX hay que resaltar la síntesis de la adrenalina (Stolz y Dakin, 1904), la de las primeras sulfanilamidas o sulfamidas (Gelmo, 1908) y la del ya comentado salvarsán (1910). Otros hechos que marcaron sendos hitos en la evolución y desarrollo de los fármacos fueron el empleo del fenobarbital para tratar la epilepsia (Fisher y von Mering, 1912); el aislamiento de la insulina y su tratamiento en la lucha contra la diabetes (Banting y Best, 1921); el descubrimiento de la actividad de la acetilcolina en cuanto a mediadora en la transmisión nerviosa (Loewi, 1921); el aislamiento de la vitamina C y otras vitaminas (Zilva y Szent-Györgyi, 1918 y 1928); el descubrimiento de los antihistamínicos (Bovet y Staub, 1937); el descubrimiento de la penicilina (Fleming, 1928) y la demostración de su actividad bacteriostática y su preparación (Corey y Chain, 1940), lo cual les valió a los tres el Premio Nobel de Medicina en 1945; el descubrimiento de péptidos con actividad antibiótica (Waksman y Dubos, 1939)... Desde esos momentos comienza una época en la que se multiplica el número y variedad de fármacos introducidos en el mercado, correspondiendo sobre todo a las dos décadas de 1940 hasta 1960, aproximadamente, los momentos de mayor esplendor.

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Sin embargo, los terribles problemas que produjo la talidomida (ver sección 3.6) dan inicio a una nueva etapa en la farmacología, a partir de la cual se exigió un control de los fármacos muchísimo más cuidado, riguroso y severo para que pudieran ser utilizados como medicamentos. Se había investigado intensamente en la búsqueda de un hipnótico o inductor al sueño que pudiese sustituir a los barbitúricos y que no presentase los graves inconvenientes de éstos (principalmente, su alta toxicidad una vez alcanzada la dosis letal, responsable de un elevado número de muertes). Y ese nuevo hipnótico fue la talidomida, que a pesar de parecer un medicamento seguro resultó tener trágicas consecuencias, debido a los terribles defectos que provocaba en los fetos cuando lo ingerían mujeres embarazadas. Esos rígidos controles que desde entonces se exigió en los posibles nuevos medicamentos requirieron una mayor inversión de dinero y tiempo que aumentaron muy sensiblemente los costes de producción, con lo que la industria farmacéutica ya no fue tan floreciente. No obstante, hoy en día se han encontrado otros procedimientos de síntesis y su puesta a punto con la ayuda de las nuevas tecnologías, del mayor conocimiento de las teorías científicas y, sobre todo, de los grandes avances en bioquímica. Con todo ello, se han abierto perspectivas que ayudarán a la obtención de nuevos medicamentos que alivien el dolor y prolonguen la vida del hombre.

3.4.

CLASIFICACIÓN DE LOS FÁRMACOS

Ante el elevadísimo número de fármacos y medicamentos y su enorme variedad, uno de los principales problemas con el que se encuentran los químicos farmacéuticos es el de su clasificación. Para ello se han seguido diferentes criterios, lo que ha dado lugar a distintas clasificaciones.

3.4.1.

Clasificación basada en la relación acción-estructura

Esta clasificación, basada en que la acción del fármaco esté o no directamente relacionada con su estructura, si bien fue muy utilizada, se emplea menos en la actualidad, aunque en cierto modo siga manteniéndose. • El caso más general es aquél en el que hay una relación directa acción biológica-estructura química. Ello da lugar a que muy frecuen-

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temente basten pequeños cambios en la estructura del fármaco para provocar que el nuevo compuesto tenga una actividad diferente o, incluso, que llegue a ser inactivo. En la (Figura 3.1) aparecen representados dos fármacos, ambos con estructuras correspondientes a sulfonamidas (ver sección 3.8.3.1), pero de actividad muy distinta.

FIGURA 3.1. Estructuras de dos sulfonamidas: (a) sulfotiazol (antibacteriano) y (b) acetazolamida (diurético).

• No existe una relación directa entre acción biológica-estructura, de lo cual los ejemplos son muy escasos. En este caso su acción biológica obedece en general a que modifican las propiedades fisicoquímicas de las membranas. Tal es el caso de moléculas tan diferentes como son las de dietiléter (CH 3 -CH 2 -O-CH 2 -CH 3 ), cloroformo (CHCl3) u óxido nitroso (N2O), todos ellos anestésicos generales. O la cortisona y el naxopreno, ambos antiinflamatorios, pero de estructuras muy distintas (ver después en Fig. 3.18c y 3.22b, respectivamente).

3.4.2.

Clasificación basada en la acción farmacológica

Es el criterio más empleado hoy en día. Se dividen así en dos grupos principales:

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• Agentes farmacodinámicos: se emplean en enfermedades no infecciosas para corregir determinadas funciones fisiológicas anormales. La razón de ello es que como en los organismos superiores esas funciones están reguladas mediante biomoléculas (como enzimas, hormonas, neurotransmisores, etc.), si éstas están alteradas se pueden emplear ciertas sustancias externas para corregir esa alteración. Pero siempre y cuando esas sustancias externas o xenobiótiocos sean capaces bien de imitar o de antagonizar la acción de esas biomoléculas, bien de modular su biosíntesis o metabolismo. • Agentes quimioterapéuticos: se emplean en enfermedades infecciosas, contra microorganismos y parásitos, ya que son capaces de alterar su ciclo vital al interaccionar con sus procesos bioquímicos. Como en los microorganismos dichos procesos son diferentes a los de los organismos superiores, interfieren en los primeros pero no en los segundos. A estos dos grupos principales han de añadirse otros: grupo de las vitaminas; grupo de las hormonas, y muchos otros fármacos muy diversos que pueden englobarse en una miscelánea de fármacos. Cada grupo puede subdividirse a su vez en subgrupos. Así, atendiendo a los órganos sobre los que el fármaco ejerce su acción terapéutica; por ejemplo, fármacos que actúan sobre el sistema nervioso central, sobre el sistema nerviosos periférico, sobre el sistema cardiovascular y renal, etc. O atendiendo a sus efectos idénticos, como el grupo de los antihipertensores o el de los anestésicos locales. A su vez, hay otras subdivisiones según la similitud estructural de los fármacos, como el subgrupo de los β-lactámicos o el de las tetraciclinas, dentro del grupo de los antibióticos.

3.5.

CÓMO SE NOMBRAN LOS MEDICAMENTOS

Otra importante cuestión es la de la nomenclatura de los medicamentos. Por ello, se han desarrollado diversas maneras de nombrarlos. En primer lugar, ya que los fármacos son compuestos químicos, tendrán un nombre químico, regido por las reglas generales para nombrar aquéllos, es decir, las de la IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) y las de la IUB (International Union of Biochemistry). Así, cada fármaco quedará definido de manera inequívoca. No obstante, dada la complejidad de las moléculas de los fármacos, estos nombres resultan poco prácticos: son demasiado complicados y largos, difíciles de

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retener en la memoria y sin información de su utilidad desde el punto de vista terapéutico. Por esa razón se recurre a otro tipo de nombres, que poco o nada tienen que ver con su estructura química. Tal es el caso de los llamados nombres genéricos o Denominaciones Comunes Internacionales (DCI) según la unificación y sugerencias de la Organización Mundial de la Salud (OMS). La OMS aconseja que los nombres genéricos no sean muy largos; que resulten fáciles de pronunciar y deletrear; que se diferencien unos de otros fonética y ortográficamente para no crear confusiones; que no contengan ningún término que pueda inducir al paciente a asociaciones negativas (como el término de «cáncer», por ejemplo). Y, sobre todo, si un fármaco pertenece a un grupo de sustancias emparentadas farmacológicamente, su nombre debe mostrar claramente esa relación. Para esto se utilizarán una serie de partículas —sufijos o prefijos, aunque aparecerán sin guión en el nombre final—, tal como aparece en la Tabla 3.1. TABLA 3.1. Sufijos y prefijos para los nombres genéricos de los medicamentos Partícula

Grupo Farmacológico

-acepam -acetamol andr -buzona -caína -cilina -ciclina cort estr -metacina -micina prost sulfa -ticida -verina

Fármacos del grupo del diacepam Analgésicos relacionados con el paracetamol Esteroides andrógenos Analgésicos antiinflamatorios del grupo de la fenilbutazona Anestésicos locales Antibióticos derivados del ácido penicilánico Antibióticos del grupo de la tetraciclina Corticosteroides (excepto el grupo de la prednisolona) Sustancias estrógenas Antiinflamatorios del grupo de la indometacina Antibióticos producidos por Streptomyces Prostaglandinas Sulfonamidas antibacerianas Diuréticos del grupo de la clorotiacida Espasmolíticos relacionados con la papaverina (de acción semejante a la de la papaverina)

Por último, dada la importancia y volumen económico de la industria farmacéutica, entra de lleno en el mundo de las patentes. De ahí que los medicamentos tengan también una marca registrada, impuesta por la empresa propietaria de la explotación de la patente y que normalmente indica

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muy poco de su naturaleza química. Es, pues, el nombre comercial y se reconoce porque en la parte derecha del nombre lleva un superíndice con una R dentro de un círculo, ® (por ejemplo, Gelocatil®). Esto da también lugar a que el mismo principio activo pueda aparecer en el mercado farmacéutico bajo nombres comerciales diferentes, a veces muy numerosos, como ocurre por ejemplo en el caso del paracetamol (DCI), que actualmente se encuentra con unos treinta marcas registradas (Acertol, Actron, Apiretal, Dafalgan, Gelocatil, Melabon Infantil, Panadol, Termalgin, etc.). Esto, evidentemente, da lugar a confusiones, por lo cual hay que tener presente que es con el nombre genérico, DCI, con el que se identifica verdaderamente el fármaco o principio activo. No obstante, aunque el mismo nombre genérico corresponda al mismo fármaco, al ser de marca comercial distinta no siempre su acción farmacológica es la misma, ya que ésta depende no sólo de la naturaleza química del fármaco, sino de otros factores. Por ejemplo, del tamaño del cristal o de sus partículas; de sus formas e isómeros; del grado de hidratación del cristal; del excipiente o aglutinante; si es en disolución o en sal; del pH, etc.

3.5.1.

Medicamentos genéricos

Mucho se habla en los últimos tiempos sobre los medicamentos genéricos o sin marca. Aparecen con frecuencia en los medios de comunicación y desde los centros oficiales de sanidad se lanzan campañas para promover su consumo. Pero ¿en qué consiste un medicamento genérico?, ¿qué lo distingue de otro no genérico?, ¿cuáles son sus posibles ventajas e inconvenientes? Un medicamento genérico no es más que un medicamento en el que la patente de su correspondiente principio activo ya ha caducado, por lo que su precio de mercado no está recargado con el porcentaje destinado a los gastos de investigación y desarrollo. Y, obviamente, no todos los medicamentos existentes en el mercado tienen un genérico, aunque Sanidad va aprobando cada vez más medicamentos de este tipo. En ellos aparecerá tan sólo el nombre de ese principio activo, por lo que se dice que son «sin marca». Ésa es, pues, su gran y evidente ventaja, la de ser más baratos para el consumidor y para la Seguridad Social. El medicamento genérico tiene un precio de referencia marcado por el Sistema Nacional de Salud. Además, desde el punto de vista farmacológico, deberán tener bioequivalencia con los medicamentos no genéricos, lo cual está controlado por la Administración. Hay que recordar a este respecto cómo en un medicamento, aparte del principio activo, la actividad viene también influida por otros factores que, aunque secundarios, tienen también su importancia.

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El objetivo de esas campañas institucionales a las que antes aludimos es paliar el incremento del gasto farmacéutico. Pese a ello y a su gran ventaja económica, en España los medicamentos genéricos sólo representan el 6,65% de la cuota de mercado, frente a la media europea, que oscila entre un 10 y 20% (cifras referidas al momento de campaña promovida el 12 de noviembre de 2002). Esta menor cuota se debe a que entre nosotros la política de medicamentos genéricos no se implantó hasta 1997, mientras que en otros países europeos se hizo algunos años antes. A propósito de los medicamentos genéricos hay que resaltar algunos aspectos muy curiosos relativos a los mismos. Así, a veces un mismo medicamento genérico aparece comercializado bajo varias marcas diferentes, mientras que otras veces, sólo bajo una. Ya hemos visto el caso del paracetamol con varios medicamentos, siendo otro caso parecido el genérico enalapril (antihipertensivo, cuyo efecto es pues controlar la tensión arterial), se presenta comercializado con más de veinte nombres distintos (ver Tabla 3.2), mientras que otro antihipertensivo, la doxazosina, aparece bajo una marca comercial («cardurán»). Además, aunque esto no es muy frecuente, un genérico puede no resultar más barato que uno de sus medicamentos de nombre comercial (sería el caso del medicamento «doneka», una de las marcas comerciales del genérico enalapril). Sin embargo, en general los fármacos genéricos son como promedio un 26% más baratos que los de marca.

TABLA 3.2. Algunos genéricos y nombres de marcas comerciales correspondientes Genérico

Nombre comercial

Efecto

Flurazepam

Dormodor

Hipnótico

Diazepam

Valium Ansium Lesvi Diazepan de Leo etc.

Ansiolítico

Lorazepam

Orfidal Idalprem

Ansiolítico

Enalapril

Acetensil Renitec Ditensor Debonal Doneka etc.

Antihipertensivo

(Continúa)

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(Continuación) Genérico

Nombre comercial

Efecto

Piroxicam

Feldene Sasulen Improntal etc.

Antiinflamatorio

Diclofenaco

Voltarén Diclofenaco Llorens Diclofenaco de Aldo Unión etc.

Antiinflamatorio

Amoxicilina

Ardine Clamoxyl Amoxicilina Edigen Amoxicilina Géminis Amoxicilina de Sabater, etc.

Antibiótico

En cuanto a la repercusión en nuestra vida cotidiana, expondremos como ejemplo una incidencia: Cuando un paciente acude a la farmacia con una receta del médico sobre un medicamento de marca, el farmacéutico deberá informarle si dicho medicamento tiene un equivalente genérico de precio inferior. En ese caso, si el paciente prefiere llevarse el de marca, deberá abonar él mismo la diferencia entre su precio y el de referencia.

En cualquier caso, para comprender mejor todo lo anterior es necesario estudiar el mecanismo de acción de los fármacos, aspecto fundamental para el diseño y síntesis de los mismos.

3.6.

MECANISMO DE ACCIÓN DE LOS FÁRMACOS

El mayor reto en la búsqueda de nuevos fármacos es encontrar una teoría que sea capaz de relacionar su estructura química con su acción terapéutica. Sin embargo, el descubrimiento de nuevos fármacos ha tenido y tiene un fuerte componente empírico, dadas las grandes dificultades en hallar esa relación. Y ello debido en gran manera a que se desconoce aun

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el mecanismo de muchas enfermedades, sus conexiones con los procesos metabólicos y la actividad fisiológica y metabólica de muchos fármacos. No obstante, sobre todo desde los últimos tiempos se están consiguiendo grandes avances en ese sentido, logrando poco a poco ir dando explicación a la conexión entre la estructura de muchos fármacos y su actividad biológica. Una de las primeras teorías en este sentido daba una explicación muy sencilla: que ciertos grupos funcionales del fármaco (oxhidrilos, anillos aromáticos, átomos de nitrógeno básicos, etc.) se combinarían con ciertos puntos receptores del organismo en cuestión. Esta teoría fue elaborada por Ehrlich, descubridor de una famosa medicina empleada en su tiempo contra la sífilis y que contenía arsénico, llamada salvarsán (como ya se trató en la sección 3.3). Sin embargo, esta teoría aunque aceptada en parte, es insuficiente, ya que se requieren otros condicionantes aparte de la existencia de esos grupos funcionales. Por ejemplo, es fundamental la configuración. Así, en el anticonceptivo dietilestilbestrol el isómero trans- es un estrógeno fuerte, mientras que en el isómero cis- la actividad en ese sentido es mucho menor. Otro ejemplo es el de la talidomida: el enantiómero R (Figura 3.2) es un sedante muy eficaz, mientras que el S es un agente teratogénico muy fuerte, por lo que causó daños muy importantes en los fetos de las pacientes embarazadas que tomaron este medicamento.

FIGURA 3.2. Estructura de la R-talidomida.

Hoy en día se sabe que para que un medicamento sea efectivo ha de cumplir ciertas condiciones: • Antes de llegar a su receptor no debe ser metabolizado, ni excretado, ni absorbido en otros puntos diferentes a aquél (como pueden ser proteínas, membranas, suero, etc.)

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• Cuando llega a su receptor, debe adherirse con fuerza, para evitar caminos metabólicos competitivos que tiendan a eliminarlo antes de que produzca su acción deseada sobre el organismo. • Una vez que esa acción se ha producido, ha de ser eliminado del organismo. • Su concentración para que produzca su efecto terapéutico ha de ser mucho menor que la concentración tóxica. Con terminología más moderna, se denomina biofase al lugar del organismo en el que el fármaco ejerce su acción. Pero antes de que la alcance el fármaco, ha de atravesar desde la fase externa una serie de tramos, para lo que es necesario que se establezcan equilibrios termodinámicos entre zonas de medio acuoso (fluidos inter e intracelulares) y zonas de naturaleza lipídica (membranas). Es muy importante tener en cuenta, pues, no sólo los fenómenos de tipo químico, sino también de tipo físico-químico. Para conocer el mecanismo de acción de los fármacos es necesario estudiar a nivel molecular los procesos bioquímicos entre el fármaco y la biofase.

3.6.1.

Naturaleza de la biofase

La biofase está constituida por unas biomoléculas con las que los fármacos interaccionan para ejercer así su acción. Estas biomoléculas pueden ser de tres tipos: lípidos, proteínas y ácidos nucleicos:

3.6.1.1.

Lípidos

La biofase está constituida por lípidos de la membrana celular, siendo el número de fármacos que actúan sobre ellos bastante bajo. Su acción es realmente inespecífica, pues da lugar a una alteración de las propiedades físico-químicas de la membrana. Entre esos fármacos hay muchos antisépticos y algunos antibióticos. Entre los primeros se encuentran detergentes, que son tensoactivos aniónicos o catiónicos, con lo cual la célula bacteriana muere por «lisis» o rotura. Tal es el caso del cloruro de benzalconio, presente en muchos productos farmacéuticos para los ojos, como colirios o lágrimas artificiales, por ejemplo (Figura 3.3) o de la clorhexidina.

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MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD

FIGURA 3.3. Fragmento de un prospecto de un producto conteniendo cloruro de benzalconio.

Como ejemplo de antibiótico con este tipo de acción cabe citar al antifúngico anfotericina B, cuya estructura química consta de una parte hidrófoba, constituida por un sistema poliénico, y otra hidrófica, debida a un sistema polihidroxilado (Figura 3.4). Ambos sistemas dan lugar a la formación de canales a través de la membrana que favorecen la salida del contenido citoplasmático de las células del hongo, con lo que éste muere. De ahí la acción antifúngica de este antibiótico. OH COOH OH

OH O

CH3 CH3

NH2

N3C HO

OH CH3

FIGURA 3.4. Estructura del antibiótico anfotericina B, con una parte hidrófoba y otra hidrófila.

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3.6.1.2.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Proteínas

Dentro de éstas, hay que distinguir dos tipos: enzimas y receptores de membrana. Las enzimas por su naturaleza química son proteínas, mientras que por su acción en el organismo son catalizadores de los procesos biológicos. Su función es, pues, disminuir la energía de activación de esos procesos, con lo cual su velocidad se hace mucho mayor. Los mecanismos de actuación de estos biocatalizadores a nivel molecular son muy diversos, dependiendo de las peculiaridades estructurales de las enzimas. Pero todos las enzimas se caracterizan por su elevado grado de especificidad, por la naturaleza reversible de los procesos que gobiernan y por poseer el llamado «centro activo», que podría definirse como un entorno adecuado para que la reacción química pueda tener lugar. Estos centros activos tienen una estructura tridimensional y en ellos se encuentra una serie de aminoácidos que serán los responsables de que se establezcan las interacciones con los reactivos correspondientes. Los receptores de membrana son también proteínas, que en este caso intervienen en procesos de comunicación intercelular. Se denominan así por pertenecer casi todos a la membrana celular, estando situados hacia el exterior de ésta, con lo cual pueden interaccionar con ligandos o mensajeros. En este caso la interacción ligando-receptor tienen lugar en una zona determinada del receptor —equivalente al centro activo del enzima— a través de la formación de enlaces, pero sin que el ligando sufra ninguna modificación desde el punto de vista químico. El término de receptor, en su sentido más estricto, como señala la «teoría de la adaptación inducida de Koshland», hace referencia al lugar de unión o de reconocimiento del fármaco que desencadena una respuesta química, lo cual depende de la naturaleza de dicho receptor. Tal es el caso de la adrenalina, hormona que actúa sobre procesos cardíacos (ver sección 3.8.1). Cuando la adrenalina se une a un determinado receptor cardíaco, se desencadenan unas reacciones que producen un aumento de la fuerza del latido del corazón. Pero ese receptor sólo conduce a ese efecto cuando se une a la adrenalina. Por ello, es importante tener en cuenta el alto grado de especificidad de los receptores por el ligando, ya que sólo reconocen a unas moléculas determinadas. Y así, un fármaco será útil si presenta también un alto grado de especificidad en relación con el lugar de unión, ya que sólo afectará a un tipo de proteína receptor. Sin embargo, en la realidad esto no es tan fácil ya que muy a menudo los fármacos producen efectos secunda-

MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD

173

rios, puesto que pueden afectar también a otras proteínas, sobre todo al aumentar su dosis.

3.6.1.3.

Ácidos nucleicos

Algunos fármacos conducen a la muerte celular porque ejercen su acción sobre los ácidos nucleicos, alterando los procesos de replicación, transcripción o traducción. Se emplean por ello sobre todo como antitumorales o antineoplásicos (ver secciones 3.6.2.1 y 3.8.6), como antibacterianos y como antivíricos. En general dan lugar a la alteración de la estructura secundaria —es decir, en la doble hélice— de los ácidos nucleicos, aunque a veces pueden producir alteraciones en su estructura terciaria. Receptor se define, pues, como la fracción estructural de una biomolécula (enzima, canales iónicos, ácidos nucleicos, etc.) que al interaccionar con una molécula endógena o exógena da lugar a que se desencadene una respuesta biológica a través de una serie de procesos bioquímicos.

3.6.2.

Tipos de interacción fármaco-biofase

La acción biológica de los fármacos viene determinada en su gran mayoría por su capacidad para formar enlaces selectivos con la biofase. Y esos enlaces dependen a su vez de la interacción estabilizante entre determinados grupos funcionales correspondientes a ambas especies. Las normas y leyes que rigen la formación de estas interacciones son las de cualquier proceso químico. Así, las de la termodinámica, tendiendo a adquirir el estado de menor energía posible, según la ecuación: ∆G = ∆H – T∆S Es importante considerar aquí que tanto el fármaco como la biofase se encuentran solvatados y que al interaccionar se desolvatan, lo cual conduce a un aumento de desorden. Es decir, que el factor entrópico favorece dicha interacción. Los tipos de estas interacciones entre fármaco y biofase, es decir, de uniones enlazantes, son en definitiva enlaces entre dos moléculas orgánicas. Por tanto, acudiendo a nuestro conocimiento sobre la teoría de enlaces, tendremos:

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3.6.2.1.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Enlace covalente

Es un enlace muy fuerte, con energías de enlace entre 350-450 kJ/mol para enlaces sencillos y unos 650 kJ/mol para los dobles. Se puede considerar así una unión prácticamente irreversible, lo cual tiene importantes consecuencias biológicas, aprovechables desde el punto de vista terapéutico. Ejemplo de esto son los fármacos antineoplásicos (ver secciones 3.6.1.3 y 3.8.6) del grupo de las β-haloalquilaminas (llamadas también «mostazas nitrogenadas»): su acción (ver Figura 3.5) consiste en formar enlaces covalentes cruzados con ciertos pares de bases de guanidina de las cadenas del DNA, con lo cual y tras la hidrólisis las sales de guanidinio correspondientes, la secuencia del DNA queda alterada.

FIGURA 3.5. Acción de β-haloalquilaminas (o «mostazas nitrogenadas») sobre el DNA.

Cuando los enlaces entre la biomasa y el fármaco son relativamente débiles, éste último es fácilmente desplazable por moléculas de agua del medio. Es decir, la interacción fármaco-receptor es de carácter reversible, que es precisamente lo que interesa cuando lo que se pretende es que la acción del fármaco se realice a nivel molecular durante tan sólo un corto periodo de tiempo. Es decir, el fármaco combate la disfunción pero se restaura pronto el nivel fisiológico normal. Tal es el caso de los restantes tipos de unión posibles, comenzando por el enlace iónico:

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3.6.2.2.

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Enlace iónico

El enlace iónico es el de mayor energía de enlace de los de esta categoría de formación de interacciones reversibles (oscila entre 20-30 kJ/mol). Se establece entre grupos cargados del fármaco (como son, por ejemplo, los grupos de amonio cuaternario, carboxilato, sulfonamido, amino, heterociclos nitrogenados, etc.) y los de carga contraria de la biomolécula receptora (como cadenas laterales ácidas de aminoácidos o restos básicos de aminoácidos).

3.6.2.3.

Uniones de diversos tipos

• Uniones dipolares: En los fármacos suelen existir muchos enlaces carbono-heteroátomo, los cuales constituyen pequeños dipolos debido a que están polarizados por la distinta electronegatividad entre el átomo de carbono y los heteroátomos implicados. Y esos dipolos pueden, a su vez, establecer con el receptor uniones dipolo-dipolo o ion-dipolo. Estas uniones, muy frecuentes por el gran número de enlaces polarizados existentes, son muy débiles (5-30 kJ/mol). • Unión por enlaces de hidrógeno: Se establece esta unión a través de un átomo de hidrógeno ligeramente ácido —por estar unido por enlace covalente a un átomo electronegativo— y un átomo dador de electrones, perteneciente a una base. Así, hidrógenos en grupos –OH, –NH2, –SH, con aniones (carboxilato, fosfato, sulfato) o con grupos con átomos con pares de electrones no compartidos (aminas, alcoholes, éteres, grupos carbonilo...). Una importante característica de estos enlaces es su direccionalidad, determinante para la interacción fármaco-receptor cuando existen en los centros receptores entornos a través de los cuales se pueden establecer enlaces de hidrógeno. • Enlace por transferencia de carga: Se forman por la atracción electrostática originada por el solapamiento de orbitales π entre una molécula dadora de electrones y otra aceptora. La energía de enlace puede llegar hasta unos 30 kJ/mol. • Enlace de van der Waals y enlace hidrófobo: Es el enlace característico de los restos hidrocarbonados. Aunque es muy débil (aproximadamente 2 kJ/mol), el gran numero de cadenas hidrocarbonadas hace que la suma total de estos enlaces llegue a constituir una unión de fuerza considerable. Además puede venir reforzado por el

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

llamado enlace hidrófobo, muy importante en los sistemas biológicos: cuando se aproximan dos moléculas orgánicas por su parte lipófila, aunque esas cadenas se ordenan hay un número mayor de moléculas de agua que se desordenan, con el consiguiente aumento de entropía del sistema, que hace que ∆G sea negativo, es decir que la energía libre disminuya, lo cual favorece ese proceso y se produce una desolvatación. • Enlace de coordinación: Las moléculas de muchos fármacos, al poseer en general muchos grupos dadores de electrones (aminas, cetonas, tioles, carboxilatos, sulfatos...), pueden actuar como ligandos frente a metales de transición y formar con ellos complejos. Cuando intervienen ligandos bi- o polidentados, estos complejos constituyen quelatos, de por sí muy frecuentes en los organismos vivos.

3.6.3.

Métodos de estudio de la relación estructura química-actividad biológica

Se parte ante todo de la idea de que la estructura química de los fármacos puede correlacionarse matemáticamente con su respuesta o actividad biológica. Para ello se han buscado a través de distintos métodos la formulación de ecuaciones matemáticas en las que se contemplan una serie de parámetros que representan determinadas propiedades físico-químicas de los fármacos. Entre estos parámetros —en total más de 40— hay que destacar cuatro: parámetros de solubilidad (solubilidad, coeficiente de reparto y actividad superficial); parámetros electrónicos empíricos (que miden el efecto electrónico de un sustituyente sobre la energía de la interacción fármaco-receptor, como son el pKa y la ionización); parámetros electrónicos no empíricos (relacionados con los orbitales π, las energías de los electrones, etc.), y parámetros estéreos. De esos métodos de estudio, actualmente se utilizan sobre todo los tres siguientes, que se basan a su vez en los cuatro parámetros anteriores: • Modelos matemáticos: buscan la expresión de la actividad biológica como una función de los parámetros que se atribuyen a cada grupo sustituyente o a la parte original de la molécula. Los más perfectos son los que se basan en parámetros físicoquímicos, modelos llamados lineales de energía libre, que consideran sobre todo los efectos electrónicos, estéreos e hidrófobos de los sustituyentes de la molécula original sobre la formación del complejo ligando-receptor.

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Uno de los más importantes e innovadores investigadores en esta área fue Hansch. • Modelos de polarización: se basan en las teorías sobre fuerzas intermoleculares. Se usa muy pocas veces y sólo en el caso que el modelo anterior resulte ineficaz. • Modelos de la química cuántica: se basan en la solución de la ecuación de ondas de Schrödinger y en la aplicación de las mismas a los sistemas farmacológicos. Son sobre todo empleados los cálculos con orbitales moleculares. La utilización de ordenadores y programas informáticos son una herramienta poderosísima para trabajar con estos métodos, sobre todo con el último, dado el gran número de parámetros que contemplan. De todo lo anterior se desprende que para comprender los principios que rigen la química terapéutica no sólo hay que tener un buen conocimiento de la química orgánica y de la bioquímica, sino también de las bases de química física. Asimismo, es necesario recurrir a la química general. Y, además, a las matemáticas. Y a la informática...

3.7.

PRODUCCIÓN DE FÁRMACOS

De los fármacos que se emplean actualmente la mitad, aproximadamente, tiene su origen en la síntesis química, mientras que la otra mitad proviene de fuentes naturales, siendo éstas: microorganismos (12%); minerales (7%); plantas fanerógamas superiores (25%), y animales (6%). Es decir, de esas fuentes naturales la más importante es la de tipo vegetal y las tres primeras son las que se estudian en Química Farmacéutica, mientras que la última, la de animales, pertenece más bien al ámbito de la Farmacognosia. La Química Terapéutica tiene como uno de sus objetivos prioritarios la búsqueda de nuevos fármacos que sean más selectivos, más potentes y menos tóxicos que los ya conocidos. Por otra parte, cuando se descubre un compuesto con una estructura química definida que presenta un nuevo tipo de actividad biológica, se le denomina cabeza de serie. Entonces se toma como punto de partida, es decir, como modelo, a

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

fin de encontrar modificaciones estructurales del mismo que puedan conducir a una mejora de su acción terapéutica. Ésta es la manipulación del modelo, que constituye en definitiva el proceso de desarrollo de un nuevo fármaco.

3.7.1.

Búsqueda de nuevos fármacos

En un principio la mayoría de cabezas de serie provenía del descubrimiento accidental de una actividad biológica en un determinado compuesto o por el descubrimiento de efectos inesperados en fármacos ya existentes. Es decir, el factor «casualidad» tenía el protagonismo. Y así ocurría hasta la década de 1960. No obstante, al irse conociendo cada vez mejor el mecanismo de acción de los fármacos a nivel molecular, así como la naturaleza de los procesos bioquímicos de las patologías, se ha hecho posible el buscar métodos de obtención de nuevos fármacos basados en una planificación cada vez más racional. La introducción de nuevos fármacos tiene lugar, pues, a través de estos pasos: a) descubrimiento y estudio de los efectos biológicos; b) cribado o «screening»; c) modificación molecular; d) síntesis planificada racionalmente. A su vez, los compuestos con principios activos que se han ido descubriendo en diversas fuentes han sido utilizados como cabezas de serie para mejorar su calidad terapéutica.

3.7.1.1.

Descubrimiento y estudio de los efectos biológicos en productos naturales o sintéticos

A lo largo de la historia se han ido descubriendo las propiedades curativas de muchos productos extraídos de fuentes naturales, sobre todo del reino vegetal. Pero era un conocimiento empírico, iluminado por la experiencia y la costumbre. Ello llevó a que con el tiempo, sobre todo a partir del siglo XIX, se fueran buscando modificaciones. Veamos algunos ejemplos: Sertürner, en 1806, trabajando con los alcaloides del opio, aisló la morfina (ver sección 3.8.5). Unos años después se aisló la codeína y en 1848, la papaverina, aunque sus propiedades espasmolíticas en músculo liso fueron descubiertas mucho después. Por esto último, se procedió a la síntesis de derivados de la papaverina, uno de los cuales, el verapamilo, se utiliza como agente contra la angina de pecho.

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Otro alcaloide importante es la quinina (Figura 3.6) aislada en la corteza de la quina, que inició la ruta de síntesis de análogos de la misma, con lo cual se obtuvieron los nuevos fármacos antimaláricos cloroquina y primaquina. Cuando el alcaloide atropina —uno de los alcaloides más importantes de las solanáceas— se aisló de la «atropa belladona», se descubrió su utilidad en oftalmología (Figura 3.6). Después se buscó la síntesis de análogos cuya acción biológica fuera más breve, lo cual condujo a la síntesis de la homatropina.

FIGURA 3.6. Ejemplo de alcaloides con propiedades curativas: (a) Quinina y (b) Atropina.

La ergotoxina se aisló del cornezuelo del centeno, lo que después condujo al aislamiento de otros alcaloides y al producto de síntesis LSD (ver sección 3.8.2), famoso alucinógeno de los años 60, cuyas propiedades como tal fueron descubiertas por Albert Hofmann en 1943. La efedrina, alcaloide le la efedra, por su difícil extracción llevó a la síntesis de su análogo anfetamina, eficaces ambos como estimulantes centrales y supresores del apetito (ver sección 3.8.2). Otro compuesto de origen vegetal, aunque ya no alcaloide, es la salicilina, aislada de la corteza del sauce, que fue utilizada en el tratamiento de las fiebres reumáticas. Al estudiar las propiedades de uno de sus metabolitos, el ácido salicílico, se descubrió que además poseía propiedades antipiréticas, lo que condujo a la síntesis de análogos del mismo, que finalmente culminó en la obtención de la aspirina (ver sección 3.8.5), su acetil derivado (Felix Hoffmann, 1897). Entre los productos naturales de origen animal hay que destacar el descubrimiento de hormonas, vitaminas y neurotransmisores. Así, en

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

extractos de la glándula tiroides de mamíferos se aisló en 1914 la hormona del tiroides o tiroxina. En 1889 se había comenzado el estudio de extractos pancreáticos. Al analizar el páncreas, tanto en extractos como in vivo, se observó que su extracción en perros producía la muerte por diabetes. Todo ello llevó al aislamiento de la insulina, en 1922, lo cual condujo a su obtención en 1926, ya purificada y cristalizada. Son también de gran interés, sobre todo en los últimos tiempos, muchos compuestos extraídos de venenos y toxinas de reptiles, peces y anfibios. Algunos de ellos bloquean los canales de los iones Na+, como la tetrodoxina (aislada del llamado «pez globo») o aumentan la permeabilidad de la membrana celular frente a esos iones, como la batracotoxina (aislada de la piel de ciertos sapos). Como ejemplo paradigmático de microorganismos como fuente natural de fármacos, hay que citar el descubrimiento de los antibióticos (penicilinas, cefalosporinas, tetraciclinas o cloroanfenicol, ver sección 3.8.3). Descubrimiento casual Existen también muchos ejemplos del descubrimiento por casualidad bien de determinadas acciones biológicas en compuestos que no eran fármacos o bien de nuevas acciones biológicas en compuestos ya utilizados como tales. Así, dentro del primer caso tenemos el ejemplo muy claro de la nitroglicerina, sustancia empleada tradicionalmente como explosivo, pero que después se ha desarrollado como vasodilatador: el origen de ello fue la detección de ciertas alteraciones cardiovasculares producidas entre los trabajadores de las fábricas de nitroglicerina. O ciertas observaciones en los laboratorios de química orgánica hicieron que la acetanilida y la fenilbutazona se utilizaran como antipiréticos. O que se descubriera que la penicilina pudiera emplearse como antibacteriano. O del ya citado LSD. Del segundo caso, aparecerán algunos ejemplos a lo largo del tema, a lo que se hará referencia expresa en su momento.

3.7.1.2.

Cribado o «screening» sistemático

Se someten compuestos químicos, tanto de origen natural como sintético, a diferentes ensayos biológicos a fin de explorar su posible actividad, es decir, su perfil farmacológico. Estos ensayos se llevan a cabo en modelos animales (ensayos en animal vivo) o, más frecuentemente, sobre tejidos u órganos aislados. Es, pues, un método esencialmente empírico y con un gran porcentaje de azar, si bien ha dado importantísimos resul-

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181

tados en la industria química de los últimos tiempos. No obstante, admite ciertas variantes para paliar ese problema del azar, con lo que se puede, en cierto modo, dirigir ese estudio: • Cribado exhaustivo Sobre un número más bien pequeño de compuestos se realiza una elevada cantidad de pruebas farmacológicas y bioquímicas, además muy variadas. Teniendo en cuenta que las moléculas estudiadas provienen de costosos procesos de síntesis o de extracción, se busca en ellos el mayor número posible de aplicaciones terapéuticas por medio de ese exhaustivo estudio de sus propiedades biológicas. • Cribado aleatorio Sería en cierto modo el inverso del anterior: sobre una gran variedad de compuestos (que pueden ser cientos o, incluso, miles), sintéticos o naturales, a veces ya conocidos y con determinadas aplicaciones farmacológicas, se realizan ensayos orientados hacia una determinada actividad. Tal es el caso de ciertos tipos de antibióticos. • Cribado combinado Como su nombre indica, es una combinación de los dos anteriores: sobre una enorme cantidad de moléculas (que en este caso pueden llegar a cientos de miles) se realizan al mismo tiempo diferentes ensayos biológicos in vitro. Las técnicas actuales de robotización han permitido la automatización de estas pruebas biológicas. Por otra parte, la síntesis orgánica ha desarrollado la llamada síntesis combinatoria que permite la obtención de forma simultánea de una gran cantidad de moléculas relacionadas estructuralmente (muchas veces en forma de mezclas), sobre las que se pueden hacer las pruebas biológicas. Cuando una mezcla de compuestos responde positivamente a esas pruebas, es decir, muestra algún tipo de actividad, se procede en una segunda fase al aislamiento y purificación de los componentes activos. Los procesos de síntesis se realizan en disolución y, más que nada, sobre soporte sólido, y las moléculas de partida suelen ser fragmentos o monómeros existentes en fármacos de actividad conocida.

3.7.1.3.

Modificación molecular

Partiendo de fármacos ya conocidos, se van modificando sus estructuras a fin de obtener nuevos fármacos con mejores propiedades tera-

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

péuticas y características físico-químicas más adecuadas. El procedimiento consiste en tomar como prototipo una sustancia química de actividad biológica conocida y de estructura claramente establecida y someterla a determinados procesos químicos para sintetizar homólogos o análogos estructurales y ensayar en ellos su posible actividad. Los procesos químicos son, en definitiva, reacciones características de la química orgánica (cierre o apertura de anillos; formación de homólogos superiores o inferiores; introducción, eliminación o sustitución de grupos voluminosos; introducción de dobles enlaces; introducción de centros ópticamente activos, etc.). Esos fármacos de partida constituyen, pues, cabezas de serie. Este estudio por modificación molecular puede deberse a diversas causas: • Aparición de efectos secundarios inesperados en un determinado fármaco ya conocido, sobre todo en el caso de efectos secundarios útiles desde el punto de vista terapéutico (como ya se ha comentado anteriormente). Tal es el caso de un antihistamínico, la prometazina, en el que se observó que producía también efectos sedantes. Se estudió el potenciar ese último efecto con estructuras derivadas, lo cual dio lugar a la síntesis de la clorpromazina, utilizada como neuroléptico. • Otras veces se ha observado que la utilidad de un fármaco es debida a alguno de sus metabolitos (por metabolismo se entiende el conjunto de procesos bioquímicos mediante los cuales el organismo elimina todo cuerpo extraño que se le introduce). Por ejemplo, se observó que en el metabolismo tanto de la acetanilida como de la acetofenetidina, utilizados como analgésicos antitérmicos, se producía como metabolito el llamado paracetamol, que es el que se usa actualmente con ese fin terapéutico (Figura 3.7). • En algunos procesos de síntesis de fármacos se ha encontrados que determinados intermedios de síntesis de los mismos tienen su misma actividad biológica, consecuencia de tener una estructura muy parecida. La ventaja de estos intermedios es que su obtención es siempre más fácil y económica, por lo que resultan más convenientes para que constituyan una nueva cabeza de serie. Tal es el caso del primer antivírico efectivo en el tratamiento del SIDA, el AZP, descubierto en un programa de diseño y síntesis de nuevos fármacos antivíricos. El AZP resultó ser un intermedio sintético avanzado de uno de ellos. • En aquellos casos en que los fármacos se administran como racematos, últimamente se tiende a introducirlos en el mercado en la forma enantiómera que es activa, el eutómero, ya que es muy común que de

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esas dos formas una tenga la actividad biológica en mucha mayor medida que la otra. Es lo que se conoce en inglés como «chiral switch».

FIGURA 3.7. Paracetamol (a), metabolito de la acetanilida (b) y de la acetofenetidina (c).

3.7.1.4.

Síntesis planificada racionalmente

Es lo que se conoce también como diseño racional de fármacos. La idea básica consiste en sintetizar fármacos que respondan a una acción farmacológica determinada. Es decir, en conseguir un fármaco «a la medida» de nuestras necesidades. Esto implica el conocer con gran exactitud los procesos bioquímicos correspondientes a la patología o infección que se quiere combatir. Así, establecer las diferencias entre las células sanas y las afectadas en procesos patológicos, o entre las células del huésped y las del parásito en los infecciosos. Esta vía supone evidentemente enormes dificultadas, mayores que en las vías anteriores, por lo que el diseño racional de fármacos está aun mucho menos desarrollado. No obstante, se están dando en los últimos tiempos enormes avances en este sentido, gracias sobre todo a que se van conociendo mejor tanto los mecanismos enzimáticos de acción de los fármacos a niveles molecular y submolecular como los parámetros físicoquímicos relacionados con su actividad. Ejemplo de ello es el caso perteneciente al capítulo del SIDA, con el diseño de inhibidores de la proteasa del virus causante de esa enfermedad. Modelización molecular Dentro del diseño racional de fármacos, también es de gran ayuda la llamada modelización molecular, que se conoce como «diseño de fármacos asistido por ordenador» o CADD (Computer Assisted Drug Design). La

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modelización molecular ha de hacerse mediante métodos de aproximación, que pueden ser de dos clases: • Aproximación directa: puede hacerse así cuando se conocen datos acerca de la estructura tridimensional de la macromolécula, llamada macromolécula diana, sobre la que se intenta diseñar algún ligando selectivo. Dichos datos son aportados por difracción de rayos X a partir de la molécula cristalizada. De esta manera, esos datos permiten su visualización tridimensional, mediante la utilización de programas gráficos. Lo cual permite, a su vez, que cuando se diseña el nuevo ligando se consideren aspectos que completen las características electrónicas y geométricas del centro activo de la macromolécula diana. • Aproximación indirecta: tiene lugar cuando no se dispone de esos datos sobre la estructura tridimensional de la macromolécula diana. Se hace entonces la superposición gráfica de un conjunto de ligandos que sean selectivos frente a un determinado receptor, con lo que se obtiene una estructura tridimensional del fragmento con estructura común a todas las moléculas estudiadas. Una ventaja innegable de este método de la modelización molecular es que con él se pueden predecir la estereoespecificidad de la interacción fármaco-receptor.

3.7.2.

Perspectivas futuras en el diseño de fármacos

El diseño de fármacos, como ya se ha dicho, implica el conocimiento de las patologías a nivel molecular. Por ello, los últimos avances en bioquímica —sobre todo en lo relativo al conocimiento de los genes— y en biotecnología, permiten la utilización de nuevas estrategias y procedimientos. Así: — La terapia génica, que estudia los procesos implicados en la síntesis de componentes esenciales de la célula mediante la intervención de genes. — Se pueden alterar organismos genéticamente, lo que da origen a muchos procesos de ingeniería genética: tal es la producción en grandes cantidades de insulina y de hormona del crecimiento partiendo de Esquerichia coli alterado genéticamente.

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— La genómica, con la que se pueden determinar las secuencias DNA/RNA. — La proteómica, que estudia la función de las proteínas elaboradas por los genes, lo que permite determinar cuándo un individuo podrá sufrir ciertos efectos secundarios al administrársele determinados fármacos, porque estará predestinado por su proteoma. La modificación genética de las células somáticas podrá evitar, aliviar o incluso curar algunas enfermedades en las que el componente genético sea importante (neurodegenerativas, como el Parkinson o el Alzheimer; cánceres; hemoglobopatías, etc.). Y también en enfermedades sin componente genético; por ejemplo, se han empezado a emplear los genes del factor de crecimiento del endotelio vascular para estimular el crecimiento de vasos sanguíneos nuevos en obstrucciones de arterias por esclerosis. En esta dirección, se está estudiando también la posibilidad de que en un organismo deficiente en una determinada proteína (caso, por ejemplo, de la insulina en los diabéticos) pueda ser ésta sintetizada in vivo por ese mismo organismo mediante la acción de un gen. Los genes se pueden ya identificar y también clonar. Éste es el capítulo de la manipulación genética, mediante la cual ciertos genes defectuosos pueden sustituirse por otros correctos, lo cual permite corregir determinadas patologías. Se puede obtener en el laboratorio lo que se conoce como «ácido nucleico recombinante»: ese ácido se codifica para un gen determinado, el cual a su vez mediante unas determinadas técnicas biotecnológicas se introduce en un cromosoma «huésped», con el fin de que ejerza unos efectos terapéuticos determinados. Asimismo, los genes recombinantes pueden transferirse a un virus modificado, el cual se inyecta in vivo al paciente (por ejemplo, en el caso de tumores malignos). Otra posibilidad es que las células del paciente (células madre de la médula o de la sangre circulante, o mioblastos de una biopsia, por ejemplo) se traten ex vivo con ese virus modificado por el gen recombinante, y luego de así tratadas se reinyecten al paciente. Es muy importante tener en cuenta que según las últimas investigaciones, se ha observado que también las células madre pueden obtenerse —además de como se hacía tradicionalmente a partir de embriones, cerebro o médula ósea— del tejido adiposo, es decir, simplemente de la grasa, que se puede extraer mediante un procedimiento tan poco traumático como es la liposucción. Sin embargo, estas células madre procedentes del tejido adiposo sólo pueden transformarse en células del músculo, cartílago o huesos. Por esta razón, las células madre de origen embrionario siguen siendo las más interesantes. No obstante, hasta el momento sólo se han obtenido de embriones en sus primeras etapas, creados mediante fertilización in vitro.

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Este es el motivo de que todos estos trabajos e investigaciones estén actualmente rodeados de problemas de tipo moral y ético que una parte de la sociedad plantea ante esta nueva vertiente de la ciencia. Problemas que requieren también unas nuevas disposiciones legales y una nueva concienciación de la ciudadanía, para que se haga un balance entre los posibles perjuicios que pueden surgir y los innegables avances que esos estudios pueden proporcionar para aliviar el dolor humano.

3.8.

COMENTARIOS SOBRE ALGUNOS FÁRMACOS MUY CONOCIDOS Y FRECUENTES

En este apartado trataremos, aunque sea brevemente, de las características más importantes de algunos fármacos. Unos, porque su nombre nos resulta familiar y son de todos conocidos por su uso muy frecuente (tal sería el caso de la aspirina o la penicilina). Otros, no tan conocidos de nombre, pero que actúan contra enfermedades y trastornos muy comunes. O también, porque determinadas circunstancias de su descubrimiento o de historia les han hecho famosos, tanto en sentido positivo como negativo (tal es el caso de la talidomida). O por la esperanza que representan en muchas enfermedades clasificadas generalmente como incurables (como el cáncer o el sida) o por su gran actualidad (como los antiparkinsonianos). En este sentido, este apartado puede tener una aplicación didáctica inmediata, de cara sobre todo a mostrar a los alumnos el estudio de los fármacos desde la perspectiva ciencia/tecnología/sociedad. Atendiendo a su clasificación de acuerdo con su actividad —pero no según su estructura— los medicamentos generalmente se distribuyen en ocho grupos farmacológicos: a) medicamentos cardiovasculares; b) medicamentos que afectan al sistema nervioso central; c) antibacterianos; d) esteroides; e) anihistamínicos; f) analgésicos; g) antiinflamatorios no esteroidales, y h) miscelánea de medicamentos diversos. A continuación, se harán algunos comentarios de los medicamentos más sobresalientes de algunos de estos grupos en el sentido ya apuntado.

MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD

3.8.1.

187

Medicamentos cardiovasculares

En relación con el funcionamiento anómalo del corazón, uno de los síntomas más comunes es la tensión alta o hipertensión. El primer medicamento que se encontró contra la hipertensión fue la reserpina. Primeramente se descubrió entre los alcaloides de Rauwolfia serpentina, de cuyos extractos fue aislada alrededor de 1950, lo que permitió determinar su estructura y sintetizarla en el laboratorio. Tanto la reserpina natural como la sintética se utilizaron con éxito. Su acción farmacológica se debe a que provoca la liberación del organismo de una sustancia, la norepinefrina (o noradrenalina) responsable de la contracción del músculo cardíaco. Al ser liberada y destruida en el organismo, el músculo del corazón puede ya expandirse, con lo que la presión sanguínea disminuye. Pero además se encontró que la reserpina tenía otra importantísima acción fisiológica: en 1953 se observó que actuaba como tranquilizante o sedante en ciertos trastornos de tipo psicótico (ver sección 3.8.2). Este descubrimiento fue además la base de la psicofarmacología. Otro medicamento que evita la contracción del corazón es el propanolol, aunque su mecanismo de acción es ya diferente: se sabe que actúa como agente de bloqueo adrenérgico, ya que compite con la adrenalina (o epinefrina) y la noradrenalina en sus sitios receptores. Cuando el corazón recibe un estímulo indebido, el propanolol evita que se contraiga, ya que la norepinefrina como vimos, es la que producía esa contracción. Forma parte así del grupo de «fármacos antiadrenérgicos». Éstos son también efectivos contra la angina de pecho, la cual se produce porque cuando el corazón late a ritmo más rápido del habitual —debido a tensión alta o a arteriosclerosis— tiene lugar un suministro inadecuado de oxígeno, que se traduce en el dolor agudísimo característico de esa enfermedad. Por otra parte se han desarrollado también otros agentes de este tipo destinados a actuar contra el glaucoma. Éste se caracteriza por una elevada presión dentro del globo ocular producida por los fluidos del interior del ojo, siendo una importante causa de ceguera. En un principio se trataba sobre todo con adrenalina, aunque actualmente hay nuevos fármacos cuyos efectos colaterales son menores. Otro importante subgrupo de medicamentos en enfermedades del corazón son los diuréticos, que actúan contra el hinchamiento de los tejidos producido por retención de fluidos o edema. Éste, a su vez, da lugar a que la presión sanguínea aumente y a que se produzcan también trastornos en hígado y riñones. Un diurético muy efectivo es la furosemida, que se obtiene de un compuesto muy sencillo, el ácido 2,4-dicloroben-

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zoico, a través de una síntesis orgánica no muy complicada, en varios pasos (Figura 3.8).

FIGURA 3.8. Síntesis del diurético furosemida.

3.8.2.

Medicamentos que afectan al sistema nervioso central

Actúan modificando selectivamente el sistema nervioso central y se denominan también agentes psicoactivos o psicotrópicos. Tal vez sea el descubrimiento de los fármacos psicotrópicos uno de los adelantos más importantes en farmacología, ya que los tranquilizantes en concreto han permitido mejorar las condiciones de vida de muchísimos enfermos con trastornos mentales, principalmente con psicosis y neurosis. La acción psicotrópica consiste en que estos fármacos modifican el estado de ánimo. En conjunto hay cuatro categorías, aunque su separación a veces no es tan nítida: tranquilizantes; antidepresivos; estimulantes y depresores del apetito, y psicotomiméticos. Entre la de los tranquilizantes los más antiguos son los barbitúricos, que se conocen desde los primeros años del siglo XX. Son hipnóticos e inductores del sueño, y se obtienen por una sencilla y corta síntesis orgá-

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nica, en la que se parte de dos compuestos muy simples, urea y ácido malónico sustituido. Como puede observarse, se obtiene un ácido barbitúrico sustituido (Figura 3.9) y según cuáles sean los sustituyentes resultan distintos barbitúricos.

FIGURA 3.9. Síntesis de barbitúricos.

A pesar de su actividad tienen serios inconvenientes: producen hábito y, además, se alcanza fácilmente la dosis letal, sobre todo cuando se ingiere alcohol al mismo tiempo. Por este motivo, se buscaron otros hipnóticos que no fueran barbitúricos, como el clorhidrato de fluracepam. Después, a mediados de la década de 1950, se descubrieron los primeros fármacos verdaderamente psicotrópicos, al observarse el efecto tranquilizante en la reserpina, como hemos visto anteriormente (sección 3.8.1). Aquí tenemos una muestra de lo que se trató en la sección 3.7.1.1 sobre el descubrimiento de una actividad nueva en un fármaco ya conocido. A la reserpina siguió la clorpromazina, en 1954. Pero ambos tienen importantes efectos colaterales, por lo que se siguieron buscando otros fármacos. Son tranquilizantes, además de los mencionados, el clorodiazepóxido y el diazepam, ya que calman la tensión nerviosa y la ansiedad, pero sin afectar a la conciencia. Ambos son conocidos por otros nombres, que nos resultan mucho más familiares. Así, el clorodiazepóxido es el famoso librium, que es también un relajante muscular, obteniéndose a partir de pcloroanilina mediante una síntesis bastante complicada. Pero aun más famoso es el valium o diazepam, de estructura y síntesis parecida al anterior (Figura 3.10). Durante la síntesis de derivados de la adrenalina (Figura 3.11a) se descubrieron las anfetaminas, compuestos derivados de la anfetamina, sintetizada en 1887 (Figura 3.11b). Estructuralmente, son fenilalquilaminas. Pertenecen ya al grupo de estimulantes y depresores del apetito y

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FIGURA 3.10. (a) Librium o clorodiazepóxido; (b) Valium o diazepam.

en tiempos fueron muy utilizadas aunque hoy su uso está prohibido por caer dentro de los problemas de drogadicción. Pero los estimulantes cerebrales utilizados desde hace más tiempo son la cafeína, teobromina y teofilina. El hombre obtenía estos compuestos mediante extractos acuosos de ciertas plantas (café, té, cacao) y los tomaba para estimular su mente y disminuir su fatiga. El más potente es la cafeína, que tiene también efectos diuréticos y es vasodilatador, aunque a grandes dosis produce efectos negativos (como insomnio y taquicardia). Su estructura (Figura 3.11c) como la de los otros dos, deriva de la xantina.

FIGURA 3. 11. (a) Adrenalina (R = CH3) y noradrenalina (R = H); (b) Anfetamina; (c) Cafeína

La cafeína se utiliza en medicina sobre todo combinada con otros productos, como aspirina, paracetamol (Figura 3.12), ácido cítrico o ácido benzoico, por ejemplo.

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FIGURA 3. 12. Fragmento del prospecto de un medicamento en el que la cafeína y la codeína están asociadas al paracetamol.

En cuanto a la categoría de los psicotomiméticos, su utilización también está fuera de la ley, en general, ya que producen alucinaciones, delirio, ansiedad y otros trastornos tanto mentales como físicos. De ellos los más conocidos son el LSD o dietilamida del ácido lisérgico, que tan famoso se hiciera en los años sesenta, sobre todo entre los grupos hippies, y también el tetrahidrocannabinol, principio activo del cannabis (Figura 3.13).

FIGURA 3. 13. (a) Tetrahidrocarbinol; (b) LSD.

3.8.3.

Agentes antibacterianos

Muchas y graves son las enfermedades causadas por bacterias (desde la sífilis o el ántrax hasta la tuberculosis o la pneumonía). Forman parte de lo que se conoce como microorganismos, entre los que se incluyen,

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además de las bacterias, virus y muchos hongos, que asimismo producen enfermedades. El grupo de las bacterias, en realidad, está constituido por miles de especies, por lo que para su estudio fue necesario realizar una clasificación. Desde el punto de vista terapéutico Gram las dividió en dos clases, según que se tiñeran o no con el llamado «reactivo de Gram» (consistente simplemente en violeta cristal y yodo). Las que se tiñen toman una coloración azul y se denominan Gram-positivas. El resto, o no se afectan por el colorante o simplemente adquieren una débil coloración rosácea, y son las Gram-negativas (estas denominaciones aparecen en los prospectos de muchos medicamentos). Esta clasificación, aparentemente bastante arbitraria, en realidad obedece a un criterio razonable: el hecho de que muchas bacterias no se tiñan (Gram-negativas) se debe generalmente a un elevado contenido de lípidos en sus paredes, con lo que serán también por ello más difíciles de destruir. Es decir, su respuesta fisiológica ante los fármacos será mucho menor. Las enfermedades causadas por bacterias fueron el principal motivo de muerte hasta que se descubrieron los antibacterianos, que se caracterizan por ser casi los únicos medicamentos que verdaderamente curan las enfermedades, en lugar de simplemente aliviarlas o evitarlas. Los primeros antibacterianos fueron las llamadas sulfamidas, en 1935, con las que se inició un proceso de creación de nuevos fármacos que culminó sobre todo con el descubrimiento de la penicilina o, de forma más general, con el de los antibióticos.

3.8.3.1.

Sulfamidas

Aunque así se conoce habitualmente a estos antibacterianos, es mejor emplear el nombre de «sulfonamidas», ya que son derivados de la amida del ácido sulfanílico o ácido 4-aminobencenosulfónico (es decir, son sulfanilamidas). Por esto, la unidad de la 4-aminobencenosulfonamida siempre está presente en su estructura (Figura 3.14):

FIGURA 3.14. Estructura básica de las sulfamidas (4-aminobencenosulfonamidas).

MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD

193

Su descubrimiento, en 1935, fue debido a Domagk, que observó que un colorante azoico, el prontosil era un agente muy efectivo en enfermedades producidas por los tipos de bacterias de estreptococos y estafilococos. Pronto comprobó que el agente antibacteriano era precisamente tan sólo un fragmento de ese colorante, la sulfanilamida, que se producía por reducción de aquél. Este acontecimiento marcó un hito en la historia de la farmacología, ya que esos medicamentos eran activos contra las bacterias sin producir toxicidad contra el hombre. Pronto se comenzaron a sintetizar muchísimas moléculas nuevas de este tipo, aunque en realidad sólo se comercializaron unas 40. Posteriormente los antibióticos han ido desplazando en gran manera a las sulfamidas, que realmente son bacteriostáticos y no bactericidas, es decir, evitan la multiplicación de las bacterias pero no las matan. Sin embargo, en algunos casos está resurgiendo su consumo, motivado sobre todo por la resistencia ante los antibióticos de las nuevas cepas de bacterias y por los problemas alérgicos suscitados por éstos últimos.

3.8.3.2.

Antibióticos

Se denominan antibióticos a determinadas sustancias químicas específicas, derivadas o producidas por organismos vivos y que son capaces de inhibir procesos vitales de otros organismos vivos, incluso en muy pequeñas concentraciones. La etimología de esta palabra —del griego, «anti» y «bio»— así lo indica, «contra la vida». Este término fue acuñado primeramente por Paul Vuillemin en 1889 y después por Waksman —que se hiciera famoso por su descubrimiento sobre todo de la estreptomicina y la neomicina— en 1942. Los primeros antibióticos se aislaron de microorganismos, pero hoy en día también se aíslan de plantas y animales superiores. Se conocen más de 3000 antibióticos, aunque comercialmente se utilizan muchísimos menos, unas docenas tan solo, debido a que frecuentemente presentan toxicidad también para el huésped. Por ese enorme número es fácil suponer que habrá muy distintos tipos de antibióticos, que se han clasificado según distintos criterios. Así, se han establecido subgrupos según su estructura química parecida (como β-lactámicos, tetraciclinas, etc.), según

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

su biosíntesis o según su actividad biológica. Aquí solo atenderemos a tratar brevemente sobre los siguientes grupos: penicilinas, cefalosporinas, tetraciclinas, eritromicina, aminoglicósidos y cloroanfenicol. • Penicilinas Su descubrimiento abre la etapa farmacológica de los antibióticos, una de las más importantes y útiles para la vida del hombre. Se inicia en 1929, cuando el médico escocés Alexander Fleming descubre casi de modo fortuito actividad antibacteriana en una plaqueta con estafilococos, debido a la presencia de un moho. El crecimiento de esos estafilococos era inhibido por una sustancia producida durante el desarrollo de ese moho, que no era otro que el Penicillium notatum. Sin embargo, dicha sustancia, la penicilina, no pudo ser aislada hasta diez años después, en que Chain y Florey lo lograran (1939). Posteriormente se fueron aislando otras penicilinas en otros mohos relacionados con aquél, tratándose todas ellas por tanto de penicilinas naturales. La llamada penicilina G o bencilpenicilina fue la primera en lograr importancia farmacéutica, con actividad en ciertas enfermedades producidas por bacterias Gram-positivas. En su estructura aparece un anillo de cinco miembros con un átomo de S unido a un anillo de cuatro miembros que es una β-lactama (Figura 3.15a). Después se han creado variantes en estas estructuras mediante la introducción de cadenas laterales distintas, con lo que se fueron mejorando las propiedades de estos fármacos. Así, se abrió el campo de las penicilinas semisintéticas, obtenidas a partir de las naturales. La acción antibacteriana de unas y otras se debe a que inhiben la síntesis de la pared celular de las bacterias. • Cefalosporinas El nombre corresponde a un grupo de antibióticos bactericidas, los cuales tienen su origen en uno de los metabolitos —el llamado cefalosporina C— del hongo Cephalosporium acrimonium. De ahí su nombre. Por modificaciones químicas de ese metabolito se obtienen esos antibióticos. La estructura de las cefalosporinas es en cierto modo parecida a la de las penicilinas, en cuanto a que tienen un anillo con un heteroátomo de azufre, pero en este caso es de seis miembros, en lugar de cinco (Figura 3.15b).

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FIGURA 3.15. (a) Penicilina G; (b) Cefalosporinas; (c) Tetraciclinas; (d) Cloroanfenicol.

Su acción y espectro de aplicación es asimismo bastante parecido al de las penicilinas, por lo que muchas veces son útiles para ser empleadas en casos de alergias a aquéllas. Se utilizan en enfermedades debidas a cocos Gram-positivos y a muchas bacterias Gram-negativas. • Tetraciclinas Estos antibióticos, que se obtienen también en procesos de fermentación fúngica, en unos casos pueden ser bactericidas y en otros bacteriostáticos. Tienen así un espectro muy amplio y se utilizan mucho, aunque a veces producen alergia y tienen efectos secundarios (problemas dentales, diarreas, etc.) por lo que no se administran a las embarazadas. Sin embargo, son de los pocos medicamentos eficaces contra enfermedades producidas por rickettsias, enfermedades no muy comunes pero gravísimas. Generalmente se administran de forma oral. La estructura de estos antibióticos es la que aparece en la fig. 3.15c.

196

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

• Eritromicina La estructura de este grupo de antibióticos es bastante compleja: un anillo de lactona grande, de 12 a 16 átomos, que contiene también un grupo ceto y que se une a una o más unidades de azúcar (Figura 3.16).

FIGURA 3.16. Estructura de la eritromicina.

Generalmente son bacterioestáticos, aunque alguno sea bactericida. Se suele reservar la eritromicina para infecciones de estafilococos en las que los demás antibióticos son inactivos y, además, en casos de pacientes con alergias a las penicilinas. • Aminoglicósidos En su molécula también existen unidades de azúcares, como en el caso anterior, pero su estructura es aun más compleja. Los más importantes de este grupo son la neomicina y la estreptomicina. La primera es muy útil en enfermedades de bacterias Gram-negativas, pero puede producir sordera, por lo que sólo se suele administrar en forma de ungüentos.

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En cuanto a la estreptomicina (Figura 3.17), su descubrimiento en 1944 por el norteamericano de origen ruso Selman Abraham Waksman (Premio Nobel de Medicina en 1952) fue al principio un enorme éxito, por resultar un antibiótico de un extenso espectro y de muy baja toxicidad. Pero pronto se desarrollaron cepas de microorganismos resistentes y, a veces, se comprobó que también producía sordera. Por ello, se restringió su uso casi sólo al tratamiento de la tuberculosis.

FIGURA 3.17. Estructura de la estreptomicina.

• Cloroanfenicol Es un antibiótico barato y de amplio espectro, por lo que fue muy utilizado en los años cincuenta. Sin embargo, se comprobó que podía producir un tipo de anemia irreversible, por lo que su uso quedó muy restringido en muchos países. Se puede obtener vía fermentación o bien por síntesis totalmente química, debido a su estructura relativamente sencilla, con un grupo nitro (Figura 3.15d), a partir de benzaldehido y beta-nitroetanol.

198

3.8.4.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Fármacos esteroidales

Los esteroides son un importante tipo de compuestos naturales, en cuya estructura siempre está presente un sistema tetracíclico de perhidrociclopentanofenantreno, como el representado en la Figura 3.18a, en el que las dos pequeñas líneas representan dos grupos metilo. Estos compuestos son muy numerosos y se encuentran en todos los organismos vegetales y animales, si bien son más importantes los de estos últimos. El esteroide animal más abundante es el colesterol, que por degradación bioquímica da lugar a otros esteroides indispensables para la vida, como el calciferol o vitamina D3, los ácidos biliares o sobre todo la cortisona (Figura 3.18c), así como hormonas sexuales. Este grupo abarca una gran cantidad de fármacos con acción y aplicaciones muy diversas. La mayoría de ellos se sintetiza a partir de esteroides naturales. Así, una importante materia prima de éstos es un esteroide, la diosgenina, componente de un camote, la raíz de barbasco, planta que crece en muchos países tropicales, sobre todo en México. De la diosgenina se obtienen fácilmente la progesterona (Figura 3.18b), de la

FIGURA 3.18. (a) Núcleo esteroídico; (b) Progesterona; (c) Cortisona.

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199

que se pueden obtener muchas hormonas sexuales y anticonceptivos y también la cortisona. No obstante, estas obtenciones plantean frecuentemente delicados problemas químicos de laboratorio, resueltos muchas veces con ayuda de la microbiología. Entre los fármacos esteroidales se encuentran las hormonas sexuales, las hormonas adrenocorticales, los anticonceptivos orales, diversos agentes metabólicos y muchos agentes antiinflamatorios. Entre estos últimos es muy conocida la cortisona, que se utiliza contra la artritis y en procesos inflamatorios, pero presenta graves efectos secundarios. Por ello, se han buscado otro tipo de antiinflamatorios de carácter no esteroídico (como se verá después). Las hormonas sexuales tienen diversas aplicaciones. Por ejemplo, algunas se emplean para combatir el cáncer de próstata. Los estrógenos, hormonas sexuales femeninas, son adecuados para aliviar los transtornos del embarazo, menstruación y menopausia. Por otra parte, se descubrió que otra hormona sexual femenina natural, la progesterona, bloqueaba la ovulación y que los estrógenos aumentaban su efectividad en ese sentido. De aquí surgió la investigación sobre anticonceptivos orales, con el fin de buscar modificaciones químicas de los estrógenos que tuvieran efectividad por vía oral. Se ha conseguido una gran variedad de ellos, si bien se ha hallado que producen riesgo de trombosis como efecto colateral.

3.8.5.

Analgésicos

Entre estos fármacos, cuyo objetivo es el alivio del dolor, destaca la aspirina, que tiene además la particularidad de ser el único medicamento que se obtiene a escala industrial como producto totalmente químico. Aunque las propiedades antirreumáticas de los derivados del ácido salicílico —como la salicilina, asilada de la corteza del sauce— se conocían desde hacía mucho tiempo, la síntesis del acetil derivado, la aspirina, no tuvo lugar hasta 1897 (ver sección 3.7.1.1), tratándose de una síntesis muy sencilla (Figura 3.19). A pesar de su gran efectividad, la aspirina por su acidez irrita la pared estomacal, produciendo riesgo de úlcera como efecto colateral, por lo que se han buscado otras alternativas. Tales son, por ejemplo, un fármaco de estructura relacionada, el paracetamol (Figura 3.7), también con actividad analgésica y antipirética como tiene la aspirina, aunque no antiinflamatoria, o la codeína, de estructura muy parecida a la morfina (Figura 3.20a y b), a partir de la cual se obtiene en su mayor parte.

200

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FIGURA 3.19. Síntesis de la aspirina.

FIGURA 3. 20. (a) Morfina y (b) Codeína; (c) Histamina.

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3.8.6.

201

Antiinflamatorios no esteroídicos

La cortisona, a pesar de tener una gran efectividad como agente antiinflamatorio, produce efectos colaterales no deseados de considerable importancia. Esto provocó que se investigaran otras vías de conseguir fármacos también de acción antiinflamatoria, pero que no fueran esteroidales. Se encontraron así una serie de fármacos, como ibuprofeno, naxopreno, indometacina, piroxicam y fenilbutazona Sus estructuras son muy diferentes a la de la cortisona, aunque entre ellos a veces presentan algún parecido, si bien lejano. Tal es el caso de los dos primeros, con una cadena lateral derivada del ácido propiónico (Figura3.21) y del tercero, derivada del ácido acético. Se utilizan en artritis reumatoide, bursitis y en muchos procesos inflamatorios dolorosos, ya que también poseen propiedades analgésicas. Tampoco presentan la tendencia a causar úlceras, como ocurre con la aspirina, ya mencionada en el apartado anterior.

FIGURA 3.21. Antiinflamatorios no esteroídicos: (a) Ibuprofeno; (b) Naxopreno.

Conviene observar cómo el ibuprofeno, por ejemplo, a pesar de ser una molécula aparentemente complicada, es muy fácil de ser nombrada según las reglas de nomenclatura de la Química Orgánica: es el ácido α-p-isobutilfenilpropiónico.

3.8.7.

Antihistamínicos

Son efectivos contra los estados alérgicos. El principio de su aplicación es el planteamiento de que los síntomas producidos por esos estados alérgicos —erupción cutánea, ojos llorosos, etc.— se deben a la histamina (Figura 3.20c), producida por reacción de un alérgeno con un anticuerpo del organismo que sufre la alergia. El primer antihistamínico que se utilizó como tal fue la difenhidramina o benadril, en el que también se encontró otra interesante propiedad farmacológica, la de inducir al sueño.

202

3.8.8.

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Otros fármacos

Son tantos los grupos de fármacos y tan elevado el número de distintos compuestos que integran cada grupo, que seguidamente sólo se hará una brevísima referencia a algunos de los más importantes, teniendo que dejar muchos otros (tales como hormonas y vitaminas, de las que ya se trata en otros temas de este texto, aunque desde otra perspectiva): • Prostaglandinas Se aislaron por vez primera, en los años cincuenta, del líquido prostático humano, aunque algunos de sus efectos ya se habían detectado algo antes. Son de naturaleza lipídica, de estructura está muy relacionada con los ácidos grasos esenciales ya que se sintetizan en el organismo a partir de los ácidos grasos insaturados, tales como el ácido araquidónico. Su utilización en farmacología tiene importantes y variadas aplicaciones, como son en el tratamiento de la hipertensión, del asma, de úlceras, en la inducción al parto, en el aborto y en dermatitis, entre otras muchas. • Agentes antivirales Hay importantes y extendidas enfermedades de origen vírico. Sin embargo, no hay muchos fármacos efectivos contra los virus, debido principalmente a los cambios que éstos experimentan. Por ello, en esos casos las vacunas sólo tienen una eficacia limitada y muchos fármacos son útiles no para la cura de la enfermedad, sino para evitarla, por lo que se deben administrar antes de que se declare aquélla (caso de la varicela, por ejemplo). Otro medio de combatir ese tipo de enfermedades es desarrollando el sistema de defensa del huésped. Un fármaco importante en este tipo de enfermedades es el interferon, contra la hepatitis C. • Agentes antineoplásicos Se ha investigado mucho sobre el cáncer, invirtiendo enormes esfuerzos y cantidades de dinero. Sin embargo, esto no ha dado aun los frutos esperados, debido principalmente a que todavía no se conoce bien la génesis y el mecanismo de esa enfermedad y a que, en realidad, existen muchos y muy diferentes tipos de cáncer. En la lucha contra el cáncer se utilizan sobre todo este tipo de medicamentos, los agentes antineoplásicos, que pueden evitar la metástasis y aliviar el dolor, prolongando en muchos casos la vida del enfermo e, incluso, lograr su curación. Su nombre proviene del término sinónimo de cáncer, neoplasia (del griego, «neos», nuevo, y «plasia», formación). Esta

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203

enfermedad o, mejor dicho, grupo de enfermedades, se caracteriza por una división incontrolada y anormal de células que van invadiendo así a tejidos normales vecinos y producen tumores. El empleo de estos fármacos se basa en el hecho de que las células cancerosas se reproducen más rápidamente que las normales. Sin embargo, también interfieren en la mitosis de éstas últimas, por lo que además de los tejidos cancerosos atacan a los tejidos sanos. Por otra parte, presentan importantes efectos tóxicos secundarios, disminuyen o suprimen la respuesta inmunológica del organismo y, además, las células cancerosas rápidamente se hacen resistentes a estos fármacos. Para tratar de evitar o aminorar en la medida de lo posible esos efectos negativos en el organismo, se utiliza la combinación —o «cocktail»— de distintos agentes antineoplásicos, según los casos. Pese a ello, los antineoplásicos hasta el momento sólo son, en general, paliativos, ya que no curan la enfermedad. Sólo ayudan, pues, a su remisión temporal, por lo que hay que recurrir a otras medidas, tales como la cirugía y la radioterapia. Los mecanismos por los que inhiben el crecimiento celular son muy diversos, pero a grandes rasgos casi todos esos procesos implican una interferencia en la biosíntesis del DNA (ver secciones 3.6.1.1 y 3.6.2.1). Así, uno de los primeros en utilizarse con este objetivo fue un agente alquilante, el gas mostaza, pero al ser muy tóxico fue pronto sustituido por compuestos activos con una estructura parecida y de toxicidad menor, las mostazas nitrogenadas (Figura 3.5). Otros antineoplásicos son análogos estructurales del ácido tetrahidrofólico, compuesto muy importante en la síntesis del DNA. Posteriormente se fueron introduciendo análogos de bases púricas y de bases pirimidínicas. Por otra parte, también existen alcaloides naturales e, incluso, antibióticos que pueden emplearse como antineoplásicos.

3.9.

POSIBLES APLICACIONES DIDÁCTICAS

Dado que algunos de los fármacos aquí tratados —así como otros que no están incluidos— son utilizados con bastante frecuencia e incluso forman parte del botiquín de nuestros hogares, no es complicado extraer de ellos algunas aplicaciones didácticas. • Prospectos y envases de medicamentos En este sentido, se puede mostrar a los alumnos los prospectos de algunos medicamentos usuales —por ejemplo, mediante una transparencia— y señalar en dichos prospectos los distintos componentes del medi-

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

camento en cuestión. Y de esos componentes resaltar el que constituya el principio o principios activos (Figura 3.3, 3.12 y 3.22). Asimismo, se pueden comentar algunos de los símbolos, siglas y números que aparecen en los envases de los medicamentos. Estos signos suministran una información sobre ciertos datos, de interés tal vez algunos de ellos, aunque en general resultan incomprensibles para el usuario. Tales son la caducidad, lote de fabricación, si se suministra con receta mé-

(a)

(b) FIGURA 3.22. Prospectos de algunos medicamentos: (a) Aspirina; (b) Antiinflamatorio con ibuprofeno.

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205

dica, si requiere condiciones especiales de conservación, etc. (Figura 3.23). Veamos algunos de ellos: Símbolos : caducidad inferior a cinco años : se expende con receta médica ordinaria. : se expende con receta médica ordinaria pero requiere un seguimiento especial (para sustancias psicotrópicas). : se expende con receta especial y requiere talonarios específicos (en sustancias estupefacientes). (Si no hay ningún círculo, no precisa ningún tipo de receta) ❆ : condiciones de conservación especial (en el frigorífico) z : material radiactivo Números Aparece un número de seis cifras que comienza por s, 7, 8 ó 9 que es el código nacional y que identifica al medicamento. Siglas A veces aparecen los siguientes grupos de letras: — EPF o especialidad farmacéutica publicitaria: se trata de medicamentos que pueden ser publicitados en los medios de comunicación, y que no son pagados por la Seguridad Social. — ECM o de especial control médico: el farmacéutico debe notificar el número de medicamentos de esta clase que haya expedido así como el nombre de los médicos que los hayan recetado. — TLD o tratamiento de larga duración: medicamentos para enfermedades de tipo crónico, de largo tratamiento. — DH o de diagnóstico hospitalario: medicamentos que exigen pruebas de diagnóstico hospitalario antes de su prescripción (ejemplo: antibióticos de nueva generación, anticancerígenos, etc.). Fecha de caducidad y lote de fabricación — La fecha de caducidad viene reflejada con el mes y el año. — Aparece una letra en mayúscula seguida de un número: la letra corresponde al año de fabricación (ejemplo; H, año 1993; I, 1994; J, 1995; K, 1996, etc.) y el número es el del lote.

206

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Cupón de precinto Es el rectángulo que recorta el farmacéutico para unirlo a la receta de la Seguridad Social. Está compuesto por un código de barras y una serie de letras y símbolos, figurando así esta información: — Importe del medicamento reembolsado por la Seguridad Social (ASSS). — Nombre del laboratorio, nombre del medicamento y cantidad de unidades (como comprimidos, supositorios, mililitros, etc). — Código nacional (otra vez). — Código de barras.

(a)

(b)

FIGURA 3.23. Fragmentos de envases de medicamentos: (a) Símbolos, código nacional, lote, caducidad...; (b) Cupón de precinto.

• Fórmulas de fármacos También puede escribirse en la «pizarra» o exponerse en una transparencia la fórmula de un determinado fármaco y señalar en ella ciertos tipos funcionales orgánicos: un grupo fenilo, un grupo OH, un grupo COOH, etc. Así, los alumnos tendrán la oportunidad de reconocer la relación entre tantos medicamentos que nos resultan familiares y la química. En los casos de estructuras relativamente sencillas, puede proponerse como ejercicio escribir el nombre según las reglas correspondientes a la nomenclatura de la química orgánica. Tal es el caso de medicamentos como la aspirina, el ibuprofeno, la anfetamina, alguna sulfamida sencilla, etc. • Síntesis de fármacos También se puede estudiar «sobre el papel» la síntesis de algún fármaco, siempre y cuando sea sencilla: se representaría en la pizarra y se

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207

discutiría cómo determinados grupos funcionales reaccionarían para dar la nueva molécula del fármaco. Otra posibilidad sería llevar a cabo en el laboratorio la obtención de algún fármaco, consultando la bibliografía pertinente. Y bien podría hacerse por un proceso de síntesis, eligiendo los casos en que ese proceso fuera fácil, como el de la aspirina (o mejor dicho, del ácido acetilsalicílico). O bien por un proceso de extracción, como para obtener la cafeína a partir de café o de las hojas del té. Todo ello puede constituir un buen refuerzo didáctico al tratarse en el aula los temas de la Química del Carbono.

• Lecturas sobre fármacos y medicamentos Por otra parte, se pueden proponer en la clase determinadas lecturas, por ejemplo para matizar sobre algunos aspectos de los fármacos (Figura 3.24). Para ello se pueden utilizar las incluidas en los medios de comunicación. Muchos son los artículos y noticias que sobre estos temas aparecen en los medios impresos. Y no sólo en determinadas revistas de divulgación de acreditada validez, como pueden ser Muy Interesante, Quo, Conocer, etc., sino que los periódicos dedican siempre alguna página a aspectos relacionados con nuestra salud. • Debates Otra aplicación didáctica podría consistir en suscitar en el aula algún debate acerca de ciertos temas relacionados con los contenidos de este capítulo y que sean de actualidad —hecho muy frecuente en los últimos tiempos— como son, entre otros, la clonación de genes o la utilización de células madre. Muchos de los artículos de este tipo pueden servir a tal fin (Figura 3.25), sobre todo los que tratan acerca de los aspectos éticos de la ciencia, con lo cual también se puede confrontar con la ideología de la prensa donde aparecen. Todo ello podrá contribuir al aprendizaje de valores de los alumnos.

3.9.1.

Un ejemplo concreto: la aspirina

Podríamos integrar todo lo anterior. Así, volviendo al caso de la aspirina, prototipo de medicamento casi «idóneo» para esta clase de ejercicios, podríamos:

208

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

FIGURA 3.24. Lecturas sobre los medicamentos genéricos: (a) Fragmento de un artículo de El País, 1 de abril de 2003; (b) Noticia aparecida en Madrid 20 Minutos, 13 de noviembre de 2002.

209

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(a)

(b) FIGURA 3.25. Temas para debate: fragmentos de dos artículos aparecidos en el diario ABC, (a) del 30 de octubre de 2002 y (b) del 17 de enero de 2003.

210

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

— Mostrar un prospecto de aspirina (Figura3.23 a) y señalar en él: • su principio activo, el ácido acetilsalicílico. • otros componentes que actúan de excipientes, etc. • sus acciones farmacológicas (analgésico, antipirético, etc.) • el símbolo ® que aparece como superíndice en su nombre comercial y discutir su significado. — Mostrar un envase de aspirina y comentar sus símbolos y siglas. — Escribir su fórmula estructural y distinguir en ella los grupos funcionales. — Justificar su nombre de «ácido acetilsalicílico» partiendo de esa fórmula. — Escribir su esquema de síntesis, explicarla y discutir en clase sus diversos pasos (ver Fig. 3.18). — Realizar en el laboratorio la síntesis «real» de ese fármaco. — Realizar algún comentario sobre determinados aspectos históricos relativos a este medicamento. — Trabajar sobre alguna lectura relacionada con la aspirina (sus propiedades terapéuticas, su historia, etc.). Pero en todos los casos habría que tener muy presente el nivel del curso y las características del alumnado.

3.10.

CONCLUSIONES

No hay aquí espacio para seguir comentando acerca de otros fármacos que han representado avances significativos para la medicina, tales como aquéllos para las úlceras y la diabetes. O las aplicaciones de las hormonas y vitaminas. Quedan por otra parte importantísimas lagunas, como la consecución de la curación del cáncer, SIDA, ciertos tipos de hepatitis, esclerosis múltiple, parkinson, demencia senil, asma, muchas dolencias cardíacas... o de otros transtornos menos graves pero bastante problemáticos, como, por ejemplo, la periodontitis e, incluso, el simple catarro. Sin embargo, esas lagunas podrán ser llenadas gracias a los avances en las diversas áreas de la ciencia y la tecnología, lo cual exige su colaboración e integración en un saber tan marcadamente interdisciplinar —según ya se apuntó al comienzo de este tema— como es la Química Farmacéutica.

MEDICAMENTOS, QUÍMICA Y SALUD

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Y, sobre todo, en la actualidad el futuro inmediato más prometedor lo constituyen las perspectivas ofrecidas por el ámbito de la biología molecular y la biotecnología. Aunque en un futuro más lejano la ciencia siempre puede reservarnos alguna sorpresa...

3.11.

BIBLIOGRAFÍA

AVENDAÑO, C. (coordinadora): Introducción a la Química Farmacéutica, 1.a edición. Interamericana-Mc Graw Hill. Nueva York, etc. 1993. AVENDAÑO, C. (coordinadora): Introducción a la Química Farmacéutica, 2.a edición. Mc Graw Hill Interamericana. Madrid, etc. 2001. CLARAMUNT, R. M.: «Fármacos y medicamentos en el siglo XXI» en A Distancia (UNED). 2001, vol.19, 3, pp. 51-56. DELGADO CIRILO, A., MINGUILLÓN LLOMBART, C. y JOGLAR TAMARGO, J.: Introducción a la Química Terapéutica. PPU, S.A. (Promoción y Publicaciones Universitarias, S.A.). Barcelona, 2000. ESTEBAN, S.: Química del Carbono en las Enseñanzas Medias. Ed. UNED (Colección Educación Permanente). Madrid, 1995. ESTEBAN, S.: Introducción a la Historia de la Química. Ed. UNED (Colección Cuadernos de la UNED). Madrid, 2001. ESTEBAN, S.: «El botiquín de casa: una forma de aprender química» en Revista Eureka sobre Enseñanza y Divulgación de las Ciencias, 2004, vol.1, n.o 3, pp. 224-232. En http://www.cepcadiz.com/asesorias/experimentales/EUREKA/ revista/index.htm. KOROLKOVAS, A. y BURCKHALTER, J. H.: Compendio Esencial de Química Farmacéutica. Ed. Reverté, S.A. Barcelona, 1979. PUERTO, J.: El hombre en Llamas. Paracelso. Ed. Nivola. Madrid, 2001. THOMAS, G.: Chemistry for Pharmacy and the Life Sciences. Prentice Hall. London, etc. 1996. WITTCOFF, H. A. y REUBEN, B. G.: Productos Químicos Orgánicos Industriales. Limusa. México, etc.1999.

Bloque temático II LA QUÍMICA Y LA TECNOLOGÍA ALIMENTARIA

Tema 4 LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS M. Magdalena Gálvez Morros

ESQUEMA DE CONTENIDOS 4.1. Introducción 4.2. Definición y origen de los compuestos químicos que protegen y mejoran los alimentos 4.2.1. ¿Qué son los aditivos alimentarios? 4.3. Legislación 4.4. Colorantes 4.4.1. Colorantes de origen natural 4.4.2. Colorantes de síntesis química 4.4.3. Colorantes para superficies 4.5. Conservadores 4.5.1. Microorganismos que atacan a los alimentos 4.5.2. Características y clasificación 4.6. Antioxidantes 4.6.1. Introducción 4.6.2. Antioxidantes: su efecto y clasificación 4.6.2.1. Sustancias químicas empleadas como antioxidantes 4.6.2.2. Sustancias con acción antioxidante además de otras acciones 4.6.2.3. Sustancias que refuerzan la acción antioxidante de otras 4.7. Estabilizantes, espesantes, gelificantes, emulgentes y antiespumantes 4.7.1. Espesantes 4.7.2. Estabilizantes 4.7.3. Emulgentes o sustancias tensoactivas (ténsidos) 4.7.3.1. Acción de los emulgentes 4.7.3.2. Parámetros químicos para fijar el tipo de emulsionante que requiere un alimento 4.7.4. Antiespumantes 4.8. Acidulantes, basificantes y antiaglomerantes 4.8.1. Acidulantes y basificantes 4.8.2. Antiaglomerantes

4.9. Potenciadores del sabor 4.10. Edulcorantes 4.10.1. Hipótesis estructurales para el sabor dulce 4.10.2. Medida de la intensidad del sabor dulce 4.10.3. Edulcorantes con bajo valor calórico 4.10.4. Edulcorantes acalóricos 4.10.5. Proteinas naturales de alto poder edulcorante 4.10.6. Otros edulcorantes menos frecuentes 4.11. Otros grupos de aditivos 4.11.1. Levaduras químicas 4.11.2. Aditivos no incluidos en los grupos anteriores

4.1.

INTRODUCCIÓN

Desde su aparición sobre la tierra el hombre ha luchado contra la naturaleza para conseguir alimentos que le aseguren su subsistencia en una lucha que no siempre ha resultado exitosa y ha constituido un factor limitante para el desarrollo de las diversas civilizaciones y el crecimiento de la población mundial. La población humana, que en los últimos siglos se había mantenido prácticamente constante debido a las epidemias, crisis de hambre generalizadas, etc., experimenta en el último siglo un aumento exponencial y pasa desde 1000 millones de habitantes en 1820 a 5700 millones en 1995 y, según estimaciones del Banco Mundial se espera una población de 11.000 millones para el año 2050. Este aumento, que lleva también apareado una mejora del nivel de vida, se debe fundamentalmente a la Química que, entre otras muchas cosas, ha hecho posible que crezca la provisión de alimentos necesaria para mantener una población cada vez mayor. Los abonos químicos, que comienzan a utilizarse con el resurgir de la química en la segunda mitad del siglo XIX, han hecho crecer exponencialmente el rendimiento de las cosechas, y los fitosanitarios que surgen en la segunda mitad del siglo XX las han protegido del ataque de los insectos, sobre todo en los países desarrollados. No es un dato exagerado, sino comprobado por la FAO, que un tercio de los agricultores indios trabaja todo el año para dar de comer a los insectos, los ratones, las bacterias y los hongos. En el año 2000 se dedica a los cultivos agrícolas la misma superficie que en 1950 y la producción de cereales en el mundo ha aumentado en un 235% en solo esos cincuenta años. El uso de fertilizantes y fitosanita-

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rios permite un ahorro de 26 millones de kilómetros cuadrados de tierras (Rusia y Canadá juntos). Sin embargo no queremos detallar aquí el enorme papel con que la Química ha contribuido al aumento de la producción mundial de alimentos ya que alargaría demasiado este capítulo, preferimos dejarlo para un próximo curso de «La Química y la vida II» y centrarnos exclusivamente en la química de los alimentos ya elaborados. La Química nos ayuda a producir más alimentos, pero esto no es suficiente. En nuestro planeta se pierde casi la mitad de los alimentos producidos. Según la FAO se pierde el 50% de los alimentos perecederos, como pueden ser, la leche, carne, pescado y el 25% de los no perecederos, como harina, azúcar, etc., y lo que es peor, según la Organización Mundial de la Salud, se consume gran cantidad en mal estado produciendo enfermedades de origen alimentario.

Es entonces tan prioritario la conservación de los alimentos y su protección contra microorganismos patógenos, como el aumento de su producción.

Entre otros objetivos, en este tema se pretende exponer cómo la química ha conseguido: — Que las pérdidas de alimentos no sean mayores. — Mejorar tecnológicamente la calidad de los alimentos elaborados. — Mejorar su calidad nutritiva. — Crear nuevos alimentos. La venta mayoritaria de alimentos preparados y conservados ha supuesto una nueva revolución social, ha cambiado radicalmente el mercado del trabajo y nuestra forma de vivir y ha permitido la incorporación de la mujer al mercado del trabajo, liberándola en gran parte del trabajo que supone su preparación diaria. Ello además, haciéndolo con absoluta garantía de salubridad. La mayoría de los alimentos elaborados que consumimos son posibles gracias a la química y sin embargo pocas veces el consumidor es consciente de este hecho. Ese «slogan» con el que a menudo hemos visto promocionar un alimento

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«NO TIENE QUÍMICA» debería sustituirse por este otro «CONSÚMALO TRANQUILO, LA QUÍMICA CUIDA DE USTED»

4.2.

DEFINICIÓN Y ORIGEN DE LOS COMPUESTOS QUÍMICOS QUE PROTEGEN Y MEJORAN LOS ALIMENTOS

La moderna Tecnología de los alimentos ha conseguido con operaciones básicas como, Esterilización, Pasterización, Congelación y Secado entre otras, hacer posible una nueva forma de vivir. De la forma de alimentarse de nuestros abuelos, donde la mayoría de las familias y comunidades producían sus propios alimentos, a la forma actual de obtenerlos hay un largo camino. El hombre ha pasado de productor a consumidor y la nueva forma de alimentarse ha permitido la creación de las grandes urbes lejos del medio rural. La química ha hecho posible la cadena del frío que permite conservar los alimentos y transportarlos en frigoríficos, preservando sus propiedades nutritivas y alargando su vida tanto en los mataderos, como en los grandes almacenes, las tiendas y por último en los frigoríficos y neveras domésticas. Todos estos aparatos funcionan con gases criogénicos y están aislados térmicamente con resinas sintéticas. Pero la química hace más, permite la preparación y venta al consumidor de alimentos elaborados añadiéndoles unas sustancias químicas, «los aditivos», con las que se consigue alargar su periodo de conservación a la vez que ayudan a que tengan mejor sabor.

4.2.1.

¿Qué son los aditivos alimentarios?

Los aditivos alimentarios son sustancias químicas que se añaden a los alimentos, sin propósito de cambiar su valor nutritivo, con tres finalidades fundamentales:

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— Modificar su carácter organoléptico: colorantes, edulcorantes, potenciadores del sabor, etc. — Conservarlos durante más tiempo protegiéndolos de los microorganismos alterativos o patógenos: conservantes, antioxidantes, reguladores del pH. — Estabilizar su aspecto físicos: emulgentes espesantes y estabilizantes. Hay compuestos que pueden tener varias funciones en los alimentos, por ejemplo la vitamina C que, además de su valor vitamínico sobradamente conocido, se utiliza como poderoso antioxidante. Ésta, cuando se le añade a un alimento como fortificante no estará sujeta a la legislación de aditivos, pero sí lo estará cuando se añada como antioxidante. Si bien los aditivos han alcanzado su mayor auge con la civilización de consumo, no son algo nuevo; desde la antigüedad el hombre ha sentido la necesidad de conservar sus alimentos. Ya el hombre primitivo descubrió que la carne y el pescado se conservaban mejor con el ahumado, y si bien lo hacía de forma intuitiva o fruto de la casualidad, hoy sabemos que uno de los componentes del humo es el aldehído fórmico, que disuelto en agua da lugar al formol que queratiniza las proteínas e impide su putrefacción por lo que se utiliza también para guardar las preparaciones anatómicas. La salazón nació en los desiertos del Asia Central en el 5000 a. C. Existen escritos de la utilización de la sal por los sumerios hacia el 4000 a. C y del agua salada del Mar Muerto por los hebreos 1600 años a. C. Hoy en día utilizamos también el cloruro sódico como aditivo para conservar los alimentos pero ya, conociendo su mecanismo de conservación por el que rebaja la actividad del agua de los alimentos y por tanto su posibilidad de deterioro. Los egipcios utilizaban el vinagre con el aceite para conservar sus alimentos en una forma similar al escabechado que se sigue usando en nuestros días. También, en Roma y Grecia para conservar los vinos, usaban el ácido sulfuroso. Las especias en la Edad Media, adquirieron gran valor debido no sólo a sus sabores característicos, sino a su capacidad para aumentar la conservación de carnes y pescados. Éstas y otras sustancias químicas de poder conservante, se sabe hoy día que contienen ácido benzoico. Tanto el ácido acético como el dióxido de azufre y el ácido benzoico, se siguen usando en la actualidad como aditivos aunque ya de forma más científica y controlada.

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4.3.

221

LEGISLACIÓN

Cuando comienza a desarrollarse la química en el siglo XVII se van descubriendo nuevas sustancias adecuadas para la conservación de alimentos; así entre otras muchas, podríamos citar junto a sus fechas de comienzo de utilización, las siguientes: — Borax: Introducido por Hoffer en 1775 — Ácido sórbico: Aislado del aceite de acerola por Hoffmann en 1859. — Ácido acetil-salicílico (aspirina): Lo patenta Hoffmann en 1900. — Formaldehído: Es introducido para la conservación de la leche en 1907. — Ácido dehidroacético: Su acción antimicrobiana se descubre en1947. La gran proliferación de sustancias añadidas a los alimentos hace necesaria en 1950 una revisión mundial de estas sustancias y la introducción de una legislación que las controle. Estados Unidos fue el primer país en darse cuenta de esta necesidad, tanto para las medicinas como para los alimentos, y aunque crea en 1906 la Food and Drug (FDA), no es hasta 1958 cuando este organismo publica la primera enmienda sobre aditivos. La primera Conferencia Internacional sobre Sustancias Añadidas a los Alimentos se celebra en Europa en 1959 y es precisamente un profesor español, el profesor Villanua, quien propone la creación del Codex Alimentarius Mundi, organismo de carácter internacional que tiene el cometido de elaborar las directrices en materia alimentaría. Se crea en 1960 y las normas en él reflejadas serán traspuestas a los diferentes países para elaborar las pertinentes legislaciones. En nuestro país la «Comisión Interministerial de Alimentos» se crea en 1960 con el encargo de elaborar el texto del «Código Alimentario Español». Siete años después, en 1967 se publica el decreto 2487/1967, firmado por el General Franco, que aprueba su primer texto y obliga a su cumplimiento. Se publica anualmente y recopila toda la legislación actualizada en materia alimentaria, con el objetivo de proteger al consumidor y trasladar todas las directrices comunitarias. También existe y asimismo se publica, un «Código Alimentario Resumido». Las primeras leyes sobre aditivos alimentarios datan en España de 1971, siendo sus fechas de publicación las siguientes:

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— 1981 (R/26.2.81, B.O.E. 27/3/82). Primeras listas positivas de aditivos autorizados, lo que automáticamente excluye de la adición a los alimentos, cualquier sustancia que no esté incluida en ella. — 1983 (R/11.4.83, B.O.E. 13/5/83). Con carácter internacional, se asigna a cada uno de los aditivos un número de identificación que deben figurar en todos los envases. Si el aditivo está autorizado en toda la UE su número viene precedido de una E y si la autorización es solo para un país determinado, se precede de la inicial correspondiente. — 1983 (R/16.11.83, B.O.E. 28/12/83): Se publica la primera Reglamentación Técnico Sanitaria que se actualizará en 1988. — 1987 (0/23.7.87, B.O.E. 4/8/87): Se amplia el número de aditivos aceptados y se actualizan los números de identificación. — 1996: El BOE actualiza la legislación para colorantes y edulcorantes, delimitando exactamente qué cantidades de estos pueden añadirse y a qué alimentos. — 1997 (B.O.E. 22.3.97): Se actualizan nuevamente los números de identificación y además, se definen en el Anexo I los que pueden añadirse a todos los alimentos en general, en los Anexos II y III los que sólo pueden añadirse a determinados alimentos y en el Anexo IV, los aditivos alimentarios permitidos para niños y lactantes. A partir de 1983 la autorización de cualquier aditivo, exige la aprobación de una extensa documentación a presentar en el Ministerio de Sanidad y Consumo que incluye los siguientes apartados: — Bibliografía y explicación de las necesidades de este compuesto. — Análisis de pureza según normas oficiales. — Cinética del aditivo, deducida con aditivos marcados con isótopos radiactivos. — Pruebas toxicológicas en dos especies animales y en voluntarios humanos. — Efectos cancerígenos. — Efectos de la reproducción. — Acumulación a través del tiempo. La autorización se hace inicialmente con carácter provisional, trasformándose posteriormente, si procede, en definitiva. Cuando la sustan-

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cia no tiene ningún peligro toxicológico se autoriza su empleo a discreción del fabricante y se publica con la notación quantum satis. En caso contrario, se le asigna una Ingesta Diaria Admisible o IDA, definida como: «la cantidad máxima de un aditivo que puede consumirse diariamente sin riesgo para la salud». Se expresa en mg/kg de peso corporal y de acuerdo con ella y, teniendo en cuenta las cantidades máximas de un alimento que puede consumir una persona se legisla la cantidad que se le puede añadir. Posteriormente han seguido y seguirán saliendo disposiciones en el B.O.E. que vienen recomendadas por directrices internacionales que tratan de adecuar la legislación con los últimos adelantos tecnológicos. Además de las directrices o recomendaciones dadas por el BOE, se publican libros que ayudan a los fabricantes al uso correcto de los aditivos. Entre ellos están: Las listas positivas de aditivos alimentarios, publicadas por el Ministerio de Sanidad y Consumo y Los Aditivos en los Alimentos (Según la UE y la Legislación Española) de: A. Madrid Vicente y J. Madrid Cenzano. — Con todo lo expuesto, podemos concluir, que los aditivos no se añaden indiscriminadamente sino que su adición esta sujeta a controles nacionales e internacionales.

En los siguientes apartados se irán enumerando los aditivos alimentarios que se han publicado en el BOE, con los números de identificación asignados. Así, como veremos en las tablas correspondientes, la cifra de las centenas indica la función fundamental, o la principal aplicación que tiene cada uno de ellos.

4.4.

COLORANTES

Ya el primer capítulo, dentro de las características organolépticas de los alimentos (4.7) nos introduce en su color. Si consideramos que esta cualidad es el primer contacto que tiene el consumidor con los alimentos (después, juzgará su textura y sabor...), nos podemos dar cuenta de su importancia. Es una cualidad característica y bien definida que sirve no sólo para identificarlos sino que, a la hora de juzgar su calidad, algún cambio detectado en el mismo, puede provocar en el consumidor un inmediato y contundente rechazo a adquirirlo.

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De ahí, la importancia de los aditivos colorantes como sustancias para recuperar el color natural de un alimento que lo ha perdido, en muchos casos durante el procesado, contribuyendo de este modo a hacerlo más agradable. No tienen solo un objetivo estético; su consumo más apetitoso, va a contribuir a una mejor digestión. Los números de identificación van desde el E-100 hasta el E-199 y están publicados en el BOE del 22-1-96. A modo de ejemplo, en las dos tablas siguientes se dan algunos colorantes admitidos, de uso y cantidad restringidos (Tab. 4.1), o de uso general (Tab. 4.2) y, si bien en ellas no se reflejan todos los que existen, la relación está bastante actualizada. TABLA 4.1. Colorantes de uso y cantidades restringidos (Anexo IV) Colorante

Producto alimenticio

Nivel máximo

E-127, Eritrosina

Cerezas de coctel y/o confitadas

200mg/kg

Cerezas dulces en almibar

150mg/kg

E-154, Pardo FK

Kipper

20mg/kg

E-173, Aluminio

Cobertura de confitería

Quantum satis

E-180. Litolrubina BK

Corteza comestible de queso

Quantum satis

E-123 Amaranto

Vinos aromatizados, bebidas alcohólicas con un grado alcohólico inferior al 15%

30mg/kg

E-160 b Annato, bixina, norbixina Margarina, preparados grasos y grasas no emulsionadas Masas para rebozar. Queso madurado naranja, amarillo y blanco marfil. Pescados ahumados

10mg/kg

E-160 b Annato, bixina, norbixina Productos de aperitivos, salados secos a base de patatas, cereales o almidón. Corteza comestible de queso y tripas comestibles

20mg/kg

E-160 b Annato, bixina, norbixina Cereales de desayuno en copos o expandidos y/o aromatizados con sabor a frutas

25mg/kg

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TABLA 4.2. Colorantes de uso general admitidos (Anexo I) Número CEE E-100 E-101 E.102 E-104 E-110 E-120 E-122 E-123 E-124 E-127 E-128 E-129 E.130 E-132 E-133 E-140 E-141 E-142 E-150 a E-150 b E-150 c E-150 d E-151 E-153 E-154 E-155 E-160 a

E-160 b E-160 c E-160 d E-161 e E-160f

Denominación usual Curcumina i) Riboflavina ii) Riboflavina-5-fosfato Tartrazina Amarillo de quinoleina Amarillo ocaso FCF Amarillo anaranjado S Cochinilla, ácido carmínico, carmines Azorubina, carmoisina Amaranto Ponceau 4R, rojo cochinilla A Eritrosina Rojo 2G Rojo Allura AC Azul patente V Indigotina, carmín índigo Azúl Brillante FCF Clorofilas y Clorofilinas Complejos cúpricos de clorofilas y clorofilinas Verde S. Verde Lisamina Verde ácido brillante BS Caramelo natural (1) Caramelo de sulfito cáustico Caramelo amónico Caramelo de sulfito amónico Negro brillante BN, Negro PN Carbón vegetal Marrón FK (Pardo FK) Marrón HT (Pardo HT) Carotenos i) Mezcla de carotenos ii) Beta-carotenos Annato, bixina, norbixina Estracto de pimentón, capsantina capsorrubina Licopeno Beta-apo-8’-carotenal (C30) Ester etílico del ácido beta-apo-8’-caroténico (C30)

Número asignado 75300

19140 47005 15985 75470 14720 16185 16225 45430 18050 16035 42051 73015 42091 75810 75845 75815 44090

28440

20285 75130 40800 75120

40820 40825

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También quedan autorizadas las lacas de aluminio preparadas a partir de los colorantes de este anexo. Pueden ser de origen natural o de síntesis química. Los primeros, tal como su nombre indica son aquellos que se extraen directamente de productos que hay en la naturaleza. Los segundos, son compuestos químicos introducidos a partir del desarrollo que tuvo la industria química en el siglo XIX.

4.4.1.

Colorantes de origen natural

E-150, Caramelo Es con mucho el colorante de origen natural más usado para colorear alimentos, representando más del 90% de todos los colorantes añadidos. Es un compuesto de composición compleja y se obtiene por calentamiento de un azúcar comestible bien solo o mezclado con otras sustancias químicas. De forma natural se encuentra en alimentos por formarse al calentar productos ricos en azúcar, como por ejemplo en el horneado de productos de bollería y galletas. Es el colorante típico de las bebidas de cola, así como de otras muchas bebidas alcohólicas como ron, coñac, etc. Dependiendo del modo de fabricación, existen cuatro tipos diferentes. Los caramelos de los tipos I y II se obtienen calentando exclusivamente azúcar y tienen consideración legal de productos naturales, por lo que no está sometido a más limitaciones que las de la buena practica del fabricante, apareciendo con la notación quantum satis. Hay algunas excepciones como en los yogures, en los que se limita su cantidad a 150 mg/kg de producto. Los caramelos de tipo III y IV, se obtienen calentando el azúcar con algunos otros compuestos como amoniaco o sulfito amónico y tienen limitada su ingestión diaria según el comité FAO/OMS en 200 mg/kg de producto (Tab. 4.2). E-100, Curcumina Colorante obtenido de la cúrcuma, especia obtenida del rizoma de la planta del mismo nombre que se cultiva en la India. Proporciona a los alimentos un color amarillo que se emplea para colorear mostazas y preparados para sopas salsas y quesos. Es el componente fundamental del curry al que confiere su color amarillo característico.

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E-120, Cochinilla (acido carmínico) Es un compuesto complejo que se encuentra presente en las hembras de unos insectos parásitos de determinadas especies de cactus. Proporciona un típico color rojo, muy apreciado antes de la aparición de los colorantes de síntesis química. Durante el siglo pasado las Islas Canarias fueron su principal centro de producción, siendo su extracción una de las principales industrias. Los insectos que producen este colorante son muy pequeños, por lo que hacen falta unos 100.000 para producir 1kg de colorante. Con agua caliente, se extrae el ácido carmínico que por si mismo no tiene color, pero que produce un rojo intenso al unirse con metales como el calcio o aluminio. Confiere a los alimentos a los que se añade un color rojo brillante muy atractivo sin añadir ninguna toxicidad y aunque es probablemente el colorante con mejores características biotecnológicas, se emplea poco por su elevado precio. E-140, Clorofila Las clorofilas son los pigmentos responsables del color verde de los vegetales, su estructura química es muy compleja y solo a partir de 1940 se formuló su composición completa que incluye un átomo de magnesio como eje central. Su interés en tecnología alimentaria no reside solamente en el empleo como colorante verde sino también en impedir que se degraden los alimentos que lo contienen de forma natural durante el procesado y el almacenamiento de los mismos. Cuando se calientan, pierden el magnesio trasformándose en otras sustancias llamadas feofitinas y el color verde típico, se sustituye por un color pardo oliváceo mucho menos atractivo. Esto es lo que ocurre en el escaldado de las verduras previo a su congelación y en el enlatado. La reacción se retarda en un medio pH básico, por lo que la adición de bicarbonato sódico a las verduras antes del escaldado contribuye a mantener su color verde. E-160, Carotenoides Los carotenoides y xantofilas forman un extenso grupo de más de 450 sustancias diferentes, de las cuales un 10% tiene actividad como vitamina A. Se extraen de las plantas que los contienen, como el aceite de palma, el tomate, la zanahoria, el pimentón, etc., y proporcionan a los alimentos

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colores amarillos, rosas o anaranjados. Se usan cada vez más en tecnología alimentaria, sobre todo recientemente, debido a las restricciones que la legislación impone a los colorantes de síntesis química. E-161, Xantofilas Son derivados oxigenados de los carotenoides y abundan en el reino vegetal y animal. La cantaxantina, obtenida de la concha de los crustáceos, está unida a una proteína y tiene un color verde. Con el calentamiento, se rompe la unión con la proteína cambiándose el color a rojo. Esto explica el cambio de color de los mariscos al cocerlos. Se ha utilizado ampliamente en forma de píldoras para conseguir un bronceado rápido pero su uso se ha restringido en muchos países porque se ha asociado su consumo en dosis altas a problemas oculares.

4.4.2.

Colorantes de síntesis química

Los colorantes sintéticos comienzan a usarse, como hemos dicho anteriormente, en el siglo XIX con el desarrollo de la Química. Ya en 1860 se coloreaba el vino con fucsina y los macarrones y mantequilla con dinitrocresol. Últimamente, la preocupación por la seguridad de los alimentos y la presión del público ha hecho que se revisen las autorizaciones legislativas, lo que ha obligado a muchas empresas alimentarias a supervisar la formulación de sus productos y a sustituir, siempre que sea tecnológicamente factible, los colorantes artificiales por otros naturales. Precisamente ha sido esta preocupación por la seguridad de los alimentos lo que ha hecho que todos los colorantes hayan sido revisados de forma exhaustiva en lo que respecta a sus efectos sobre la salud, restringiendo o prohibiendo su uso ante cualquier duda. En los Países Nórdicos, todos estos colorantes están prácticamente prohibidos; en otros están permitidos, pero el tipo y cantidad usada varía según sus legislaciones. En España la cantidad total de colorantes sintéticos está limitada entre 100 y 300 mg/kg para cualquier producto alimenticio sólido y a 70 mg/kg en bebidas refrescantes. En general, los colorantes sintéticos son más estables que los naturales ante las operaciones tecnológicas, pero también presentan algunos problemas, como el que se decoloren por la acción del ácido ascórbico que se emplea mucho como aditivo antioxidante. La fórmula de algunos colorantes sintéticos se muestra en la (Figura 4.1)

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FIGURA 4.1. Fórmulas y nombres de algunos de los colorantes de síntesis más empleados.

En ella vemos que la mayoría son moléculas con grupos cromóforos, generalmente compuestos de diazonio con este radical unido a anillos aromáticos.

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E-102, Tartracina Su uso está autorizado en más de sesenta países incluida la Unión Europea y los Estados Unidos. Es ampliamente utilizado en productos de repostería, galletas, helados, sopas y bebidas refrescantes a las que confiere un color amarillo limón. La tartracina es por ejemplo, el colorante que se emplea para las paellas como sustitutivo del azafrán por el elevado precio de esta especia natural. E-104, Amarillo de quinoleina. E-110, Amarillo anaranjado S Estos dos colorantes se utilizan para colorear refrescos de naranja, caramelos, helados, etc. En 1984 se les acusó de cancerígenos y de provocar alergias y trastornos en los niños, acusaciones que aunque no se han demostrado, han restringido su empleo. Se absorben muy poco en el tracto digestivo, pero su uso como aditivo alimentario esta prohibido en algunos países como Estados Unidos Canadá y Japón. E-123, Amaranto Es el colorante típico que se ha usado desde principios de siglo para comunicar el color rojo a los alimentos. En 1970 dos grupos de investigadores rusos lo acusaron de cancerígeno y aunque no pudo probarse tal aseveración se prohibió en Estados Unidos en 1976. En la mayoría de los países, incluido España, se está tendiendo a eliminarlo de casi todos los alimentos. E-124, Rojo Cochinilla. E-120-4R, Rojo Ponceau A pesar de la semejanza del nombre no tiene ninguna relación (aparte del color) con la cochinilla (E-120). Se utiliza para dar el color fresa a los caramelos, productos de pastelería, helados, sucedáneos del caviar y derivados cárnicos o confituras,. Aunque se les han atribuido efectos cancerígenos, aún no se han podido demostrar. E-127, Eritrosina Una característica peculiar de este colorante es la de incluir en su molécula cuatro átomos de yodo, lo que hace que este elemento represente más de la mitad de su peso total. Es el más popular en los postres lácteos con aroma de fresa, usándose también en patés de atún o salmón. El principal riesgo sanitario está en la posible acción sobre el tiroides por su alto contenido en yodo. Aunque en su forma original se absorbe

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muy poco, no se conoce muy bien si en el metabolismo, con las bacterias intestinales, pueden producirse derivados iodados e incluso yodo libre, más fácilmente asimilable, por lo que igual que ocurre con otros, se está tendiendo a limitar su empleo, principalmente en helados y alimentos destinados a uso infantil. E-131, Azul patentado V Es el más utilizado para conseguir tonos verdes en los alimentos; de ahí que prolifere su empleo en conservas vegetales y mermeladas. Otro que proporciona este color es el verde ácido brillante pero tiene el uso autorizado sólo para bebidas.

4.4.3.

Colorantes para superficies

Son colorantes que se utilizan, mezclados con azúcar y aglutinantes, para recubrimiento de grageas, confites, peladillas, chicles, bolitas, etc. Los más importantes son: — E-170 Carbonato cálcico — E-171 Dióxido de titanio — E-172 Oxidos e hidróxidos de hierro — E-173 Aluminio — E-174 Plata — E- 175 Oro De éstos, hay algunos que tienen otras aplicaciones como por ejemplo, el carbonato cálcico que se utiliza también como antiapelmazante. Por último citaremos el E-189, pigmento de color rojo rubí que se utiliza exclusivamente para el recubrimiento de quesos porque, al no pasar al producto, no tiene ningún efecto sobre el consumidor.

4.5.

CONSERVADORES

Los aditivos conservantes son sustancias químicas que causan la muerte de los microorganismos patógenos o al menos inhiben su crecimiento hasta concentraciones incapaces de producir la toxina correspondiente. En su mayoría son ácidos orgánicos no tóxicos o sus sales alcalinas, que al crear un medio con pH ácido en el alimento, imposibilitan el crecimiento del microorganismo.

232

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Estos aditivos con números de identificación que van del E-200 hasta el E-299, y la relación autorizada por el Código Alimentario Español y publicada en el BOE, se muestra en la (Tabla 4.3). Tienen como objetivo fundamental, retardar al máximo el deterioro que se produce en los alimentos por dos causas: La acción de los microorganismos y las reacciones químicas. TABLA 4.3. Relación de los aditivos conservadores que permite el Código Alimentario Español Ácido sórbico .......................................................................................... Sorbato sódico......................................................................................... Sorbato potásico...................................................................................... Sorbato cálcico ........................................................................................ Ácido benzoico ....................................................................................... Benzoato sódico ...................................................................................... Benzoato potásico.................................................................................... Benzoato cálcico...................................................................................... p-hidroxibenzoato de etilo........................................................................ Derivado sódico del éster etílico del ácido p-hidroxibenzoico ...................... p-hidroxibenzoato de propilo ................................................................... Derivado sódico del éster propílico del ácido p-hidroxibenzoico.................. p-hidroxibenzoato de metilo ..................................................................... Derivado sódico del éster metílico del ácido p-hidroxibenzoico ................... Anhídrido sulfuroso.................................................................................. Sulfito sódico ........................................................................................... Sulfito ácido de sodio ............................................................................... Disulfito sódico ........................................................................................ Disulfito potásico...................................................................................... Sulfito cálcico. ......................................................................................... Nitrito potásico ........................................................................................ Nitrito sódico........................................................................................... Nitrato sódico.......................................................................................... Nitrato potásico ....................................................................................... Ácido acético........................................................................................... Acetato potásico ...................................................................................... Diacetato sódico (acetato ácido de sodio) .................................................. Acetato cálcico ........................................................................................ Acetato láctico ......................................................................................... Ácido propiónico ..................................................................................... Propionato sódico .................................................................................... Propionato cálcico ................................................................................... Propionato potásico ................................................................................. Anhídrido carbónico ................................................................................

E-200 E-201 E-202 E-203 E-210 E-211 E-212 E-213 E-214 E-215 E-216 E-217 E-218 E-219 E-220 E-221 E-222 E-223 E-224 E-226 E-249 E-250 E-251 E-252 E-260 E-261 E-262 E-263 E-270 E-280 E-281 E-282 E-283 E-290

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

4.5.1.

233

Microorganismos que atacan a los alimentos

Los microorganismos que atacan a los alimentos se clasifican en: alterativos cuando alteran las características organolépticas de los alimentos como, el color, sabor, olor, etc. y patógenos cuando producen toxinas que pueden resultar muy perjudiciales para la salud del consumidor. Entre éstas últimas están: — La toxina butírica. Se produce en conservas mal esterilizadas por la acción de la bacteria clostridium botulinum, una de las sustancias más tóxicas que existen, (miles de veces más tóxica que el cianuro). — Las aflatoxinas. Son sustancias que actúan como potentes agentes cancerígenos y se producen por el crecimiento de ciertos hongos. De ahí que existan poderosas razones, además de las económicas, para evitar la alteración de los alimentos. La tecnología alimentaria ha puesto a punto métodos físicos, como la esterilización por el calor, deshidratación, congelación, etc., que, aunque son de gran eficacia, resultan insuficientes si no se ayudan con los métodos químicos.

4.5.2.

Características y clasificación de estos aditivos

Hay muchos alimentos que ya la naturaleza los ha provisto de la existencia de algunos conservantes; es el caso del ácido benzoico que se forma en las uvas y ciruelas pasas impidiendo su putrefacción, o del ácido láctico que se forma durante la fermentación de los yogures proporcionándoles una relativa estabilidad frente a la leche. Seguidamente, ordenándolos por la complejidad química de su molécula, vamos a ir detallando las características de los más importantes de los expuestos en la (Tabla 4.3). Entre los ácidos orgánicos, citaremos: E-260, Ácido acético Es particularmente activo contra levaduras, bacterias y hongos. Se utiliza libre en salsas o como sal sódica o cálcica. Un ejemplo es el diacetato sódico empleado como conservante del Ketchup. El vinagre, que es simplemente ácido acético diluido, se ha usado desde tiempos remotos para conservar carnes y pescados. Una muestra de su utilización es la tradicional salsa de escabeche de nuestros días.

234

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

E-280, Ácido propionico Se forma de manera natural en la fermentación propiónica. En el queso Emmental por ejemplo, se produce hasta un 1% contribuyendo a su conservación. La acción de este ácido es mayor frente a hongos que frente a bacterias. Su eficacia depende del pH llegando a ser máxima a pH 5 y de efecto nulo para valores de pH superiores a 6. Se utiliza bastante en productos de panadería y en quesos en general, para evitar la formación de mohos.

E-200, Ácido Sórbico Es un ácido de cadena lineal insaturado (3,4-hexadienoico). Tiene la ventaja sobre los ácidos saturados de no poseer olor ni sabor cuando se usa en concentraciones adecuadas (menor del 0,3%). Su actividad aparece a valores de pH inferiores a 6,5, empleándose mucho en bollería, recubrimiento de quesos, bebidas, mermeladas, etc.

E-210, Ácido Benzoico La actividad de este ácido se ejerce sobre la pared celular y es también inhibidor de las enzimas del ciclo cítrico y la fosforilación oxidativa. Es eficaz el ácido no disociado, a valores de pK = 4,19. Se usan más sus sales alcalinas porque son más solubles que el ácido. En muchas especias naturales, como la canela y el clavo, se encuentra en forma de glucósido siendo precisamente su presencia, lo que les confiere su actividad como conservantes. Hay otras sales de síntesis química, derivadas del ácido benzoico como los parahidroxibenzoatos, que se comercializan con los números de identificación comprendidos entre el E-214 y el E-219. Son especialmente útiles contra levaduras y hongos, pero no contra bacterias. Su principal ventaja es la de ser activos en medio neutro al contrario de otros que sólo lo son en medio ácido como ya hemos visto. La OMS considera aceptable la ingestión de hasta 5 mg/kg de peso corporal y día. Aunque ha sido el conservante más utilizado, la tendencia actual se orienta a disminuir su empleo sustituyéndolo por otros de sabor neutro, como los sorbatos. Se elimina por la orina en forma de ácido hipúrico sin presentar ninguna contraindicación.

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

235

E-220 hasta E-228, Anhídrido sulfuroso y sulfitos Estos compuestos se utilizan mucho en vinificación para desinfectar el material y para controlar la fermentación beneficiándose del hecho de que el dióxido de azufre, utilizado a razón de 50 a 100 ppm, es más tóxico para las bacterias y los mohos que para las levaduras. No causan problemas toxicológicos a las dosis de utilización habitual. Tienen también la doble acción de impedir el pardeamiento enzimático que se produce en la oxidación de la uva y otras frutas o productos vegetales, cuando se rompe la piel que las protege del contacto directo con el oxigeno ambiental (ver Tema II). Los grupos fenólicos presentes en el alimento, catalizados por las enzimas fenol-oxidasa(a) y fenol-hidroxilasa (b) se oxidan, produciendo el color pardo característico de las quinonas y melanoidinas.

El anhídrido sulfuroso, al ser un reductor, inhibe esta reacción de oxidación del mismo modo que también se inhibe en medio ácido. Por esta razón si queremos que, por ejemplo, una manzana o una pera no se pongan pardas después de trocearlas, bastará con añadir zumo de limón o de naranja. Una sencilla práctica que puede ser muy ilustrativa de esta reacción para los alumnos, es la siguiente. Dividir una manzana en tres trozos y triturarlos o trocearlos, dejando el primer trozo sin añadir nada; al segundo añadir sulfitos o sencillamente zumo de naranja, al tercero unas gotas de fenol y que interpreten los cambios de color. E-290, Anhídrido carbónico (CO2) Su efecto se explica parcialmente por la débil acidificación que comporta, pero esencialmente por su efecto específico disuelto. El modo de

236

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

acción no es bien conocido; es concomitante de la inhibición de la respiración y resultaría de la inhibición de ciertas enzimas, especialmente las descarboxilasas. A su presencia se debe también la mayor garantía de salubridad en las aguas y bebidas carbonatadas. No presenta ninguna toxicidad, lo que le hace ser un aditivo interesante desde el punto de vista sanitario. Se utiliza en la conservación de la carne fresca y productos vegetales. E-250, Nitritos y Nitratos Se utilizan como conservante de carnes y embutidos ya que presentan la ventaja, adicional a su poder conservante, de que el tanto unos como otros como consecuencia de una serie de reacciones bacteriológicas, dan lugar a la formación de NO; éste con la mioglobina produce nitrosilmioglobina, como vemos en (2), cuya coloración roja evita la decoloración natural que con el tiempo se produce en carnes y embutidos. bacterias

NaNO3 → NaNO2 + 1/2O2 NaNO2 + H2O → NaOH + NO2H (2) NO2H + H2O → NO + H2O + NO3H NO + Mioglobina → Nitrosilmioglobina Hay que evitar su uso en conservas vegetales porque, al usarse también los nitratos como abonos en los vegetales comestibles, concretamente en las verduras, se ha comprobado que hay un aumento del contenido de N2 al quedar retenido en ellas todo el que no se ha metabolizado en aminoácidos y proteínas. Los vegetales que tienen una mayor tendencia a fijar el N2 del suelo son las lechugas, espinacas y acelgas, por lo que desde 1997 la directiva de la UE ha limitado el contenido máximo a 500 mg/kg. para las lechugas y 250 mg/kg. para acelgas y espinacas. Un ejemplo del uso de los nitritos como conservantes lo podemos ver en la siguiente etiqueta. Es la de una panceta ahumada, (bacon), en la que además del conservante E-250 (nitrito sódico) está indicada la adición de un estabilizante y un antioxidante de cuya función se hablará en apartados posteriores.

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237

FIGURA 4.2. Etiqueta de «BACON» con el E-250 como conservante.

Modernamente, según se ha ido incrementando el uso de aditivos han ido prohibiéndose como conservantes algunos compuestos, como el ácido acetilsalicilico (aspirina) y los salicilatos, el ácido bórico y boratos y ciertos antisépticos de mercurio entre otros, que anteriormente se usaron para este fin por ser buenos conservantes, pero que pueden también tener un efecto acumulativo por su empleo en otros usos.

4.6. 4.6.1.

ANTIOXIDANTES Introducción

Las grasas y los aceites, tan empleados en la industria alimentaria, pueden sufrir diferentes transformaciones que además de reducir el valor nutritivo del alimento, producen compuestos volátiles que proporcionan olores y sabores desagradables. Estas transformaciones se deben a una serie de reacciones no deseables entre las que están las reacciones de oxidación, a las que los ácidos grasos insaturados tienen gran sensibilidad. La mayor o menor oxidación y, por tanto, el grado de deterioro dependerá del tipo de grasa o de aceite. En términos generales, las que más fácilmente se afectan son las de origen marino, seguidas de los aceites vegetales y de las grasas animales. (recordemos las expresión sabe a rancio o está rancio, referidas a alimentos que han sufrido este deterioro). Los alimentos, como se indica en el Tema 1, epígrafe 1.2.4, se oxidan principalmente por sus moléculas grasas, que son las más lábiles a la oxidación, dando lugar a radicales libres de acción muy perjudicial. En la (Figura 4.3), se esquematiza el mecanismo de la reacción general de oxidación de una grasa, (a) y una de las varias reacciones no deseables que originan su deterioro (b).

238

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FIGURA 4.3. Esquema general (a) y detallado (b) de la oxidación de una grasa.

Los cuatro pasos que se observan en (b) son: 1. Ataque del oxígeno atmosférico sobre el carbono α-metileno, (el más próximo al doble enlace), liberándose un hidrógeno unido a él mediante ruptura homolítica. 2. El lípido (grasa), se queda con un electrón libre convirtiéndose en un radical. 3. La grasa transformada en radical libre fija una molécula de O2 transformándose en un radical peróxido. 4. Finalmente este radical es capaz de fijar un hidrógeno dando lugar a un hidroperóxido. La presencia de los radicales libres en los alimentos, tiene multitud de acciones peligrosas para la salud, ya que tienden a captar H+ de los alimentos alterando otros nutrientes.

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

239

Como ejemplo podemos citar la acción de los oxidantes sobre las proteínas de la piel. Los polipéptidos de las proteínas de forma natural tienen sus cadenas unidas por un cierto número de puentes sulfhidrilo que ayudan a mantener su estructura terciaria. Cuando una persona envejece, las proteínas se oxidan por diferentes causas como: el oxígeno atmosférico, las grasas alimentarias con radicales libres o, los contaminantes entre otros, y a consecuencia de esta oxidación, se van produciendo nuevos puentes sulfhidrilo entre las cadenas que van quedando mas ligadas entre sí. Como resultado, la piel se torna dura e inelástica y va perdiendo la posibilidad de recuperación después de la presión. Por eso, cuando se mueven los músculos de la cara en un rictus repetido, la piel no vuelve a su posición inicial y aparecen las arrugas. A nivel vascular este endurecimiento puede tener consecuencias mucho más graves. Si las arterias pierden elasticidad, cuando aumenta la presión sanguínea o cuando una sustancia extraña es arrastrada por el torrente circulatorio, como el colesterol LDL o malo (como vulgarmente se le llama), se puede producir arteriosclerosis u otras patologías isquémicas como el infarto. Esta teoría del envejecimiento por el cross-linking de las proteínas, ha sido desarrollada por el Dr. Denhan Horman que, sugiere dos métodos para paliar o retardar en lo posible tales efectos: — Evitar en nuestra alimentación las grasas oxidadas y la presencia de metaleso contaminantes, como los aldehídos del humo del tabaco, capaces de llegara catalizar esta oxidación y — Añadir antioxidantes a nuestra dieta.

4.6.2.

Antioxidantes: su efecto y clasificación

Los antioxidantes son compuestos químicos que se añaden a los alimentos para impedir su oxidación. Los permitidos por el Código Alimentario Español están agrupados por la legislación, según la O/23/87 dentro del grupo 3 con sus números de identificación correspondientes que van desde el E-300 al E-399. A su vez, se clasifican en 3 subgrupos. (Tabla 4.4). — Sustancias con acción antioxidante — Sustancias con acción antioxidante además de otras acciones — Sustancias que refuerzan la acción antioxidante de otras sustancias

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TABLA 4.4. Aditivos antioxidantes permitido, según el Código Alimentario Español publicados en el BOE de fecha 4-8-87

Sustancias con acción antioxidante

Ácido ascórbico ......................................................... L-ascorbato sódico (sal sódica de dicho ácido) ............. L-ascorbato cálcico (sal cálcica de dicho ácido)............ Ácido palmitil 6-L-ascórbico........................................ Estractos de origen natural ricos en tocoferoles (aceite de oliva) ................................................................ Alfa-tocoferol sintético ................................................ Gamma-tocoferol sintético .......................................... Delta-tocoferol sintético............................................... Galato de propilo....................................................... Galato de octilo ......................................................... Galato de dodecilo..................................................... Butilhidroxianisol (BHA) .............................................. Butilhidroxitoluol (BHT)................................................

E-300 E-301 E-302 E-304 E-306 E-307 E-308 E-309 E-310 E-311 E-312 E-320 E-321

Sustancias con acción antioxidante además de otras acciones

Anhídrido sulfuroso .................................................... Sulfito sódico ............................................................. Sulfito ácido de sodio ................................................. Disulfito sódico........................................................... Disulfito potásico ........................................................ Sulfito cálcico............................................................. Lecitinas ....................................................................

E-220 E-221 E-222 E-223 E-224 E-226 E-322

Sustancias que refuerzan la acción antioxidante de otras sustancias

Ácido láctico.............................................................. Lactato sódico ............................................................ Lactato potásico ......................................................... Lactato cálcico ........................................................... Ácido cítrico .............................................................. Citratos de sodio ........................................................ Citratos de potasio ..................................................... Citratos de calcio ....................................................... Ácido tartárico........................................................... Tartratos de sodio ...................................................... Tartratos de potasio.................................................... Tartrato doble de sodio y potasio ................................ Ácido ortofosfórico..................................................... Ortofosfato de sodio................................................... Ortofosfato de potasio ................................................ Ortofosfato de calcio .................................................. Etilen-diaminotetracetato cálcico disódico (EDTA CaNa2) . Éster cítrico de los mono y diglicéridos de ácidos Grasos-alimenticios ................................................

E-270 E-325 E-326 E-327 E.330 E-331 E-332 E-333 E-334 E-335 E-336 E-337 E-338 E-339 E-340 E-341 E-385 E-472c

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241

De un modo general, su acción se esquematiza en la reacción (3), en la que vemos que el antioxidante reacciona con el radical libre, cediéndole un hidrógeno y regenerándose la grasa inicial.

(3)

4.6.2.1.

Sustancias químicas empleadas como antioxidantes

Hay sustancias naturales que se emplean como antioxidantes. La vitamina C o ácido L-ascórbico (E-300) y sus sales L-ascorbato sódico (E301) son un ejemplo concreto de éstos. Su poder antioxidante radica en que al pasar a ácido dehidroascorbico liberan espontáneamente hidrógeno, que reacciona con el radical libre y regenera la grasa, (4).

(4)

Los tocoferoles Vitamina E (E-307), alfa-tocoferol, Vitamina B y L-riboflavina, también son enérgicos antioxidantes. A su presencia en el aceite de oliva se debe la mayor resistencia de éste a la oxidación frente a otros aceites. En general puede actuar como antioxidante alimentario cualquier compuesto que ceda H+ a los radicales libres, siempre que no se formen derivados tóxicos. Algunos fenoles pueden actuar como antioxidantes convirtiéndose en quinonas, productos nada tóxicos, por lo que están admitidos como antioxidantes alimentarios. El BHT (E-320) y el BHA (E-321) son un ejemplo de fenoles y cuyas estructuras son las siguientes:

242

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

BHT, E- 321, (2-6 di-terbutil p-cresol) y el BHA, E-320, (2-tertbutil 4-metoxifenol y 3-terbutil 4-metoxifenol)

En 1947 se hizo un estudio aleatorio del cáncer de estómago en USA observándose que era superior al 40%. Se recomendó añadir BHT a los kelogs y otros alimentos, con el fin de que el americano medio ingiriese 2 mg por día y habitante, pudiéndose observar en posteriores estudios, que ese tipo de cáncer había disminuido hasta un porcentaje inferior al 36%. En general, se recomienda ingerir vitaminas C, E, B2 o B3, tomar mucha fruta y no abusar de las grasas.

4.6.2.2.

Sustancias con acción antioxidante además de otras acciones

Ya en el apartado anterior hemos visto algunos compuestos como el dióxido de azufre y derivados que además de su acción conservadora por la que están clasificados en el grupo 2, tienen poder reductor, propiedad ésta que los faculta para ser empleados como antioxidantes. De ahí que se incluyan también en este apartado pero conservando el número de identificación que tienen como conservantes.

4.6.2.3.

Sustancias que refuerzan la acción antioxidante de otras

Son agentes sinérgicos que aunque por sí mismos no son antioxidantes, potencian la acción de otros. Por ejemplo, las trazas de metales pesados provenientes de latas de envases, aceleran el proceso de oxidación actuando de catalizadores. Sin embargo estos iones metálicos pue-

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

243

den perder sus propiedades características si son secuestrados por una sustancia (agente quelante) que, sin ser antioxidante, reaccione con ellos e inhiba su efecto catalítico, con lo que se favorecerá la acción de los antioxidantes. Como agentes quelantes se utiliza, el etilen-diamino-tetracético (EDTA) cuyo mecanismo de acción está esquematizado en la (Figura 4.4). En ella se puede ver cómo una molécula de EDTA envuelve los iones metálicos, en este caso de cobalto, estableciendo con él enlaces covalentes coordinados (lineas de trazos), y formando el complejo.

FIGURA 4.4. Molécula de EDTA envolviendo un átomo de cobalto y formando un quelato.

244

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

La formación de complejos como éstos por quelación, tiene gran interés en la tecnología alimentaria porque estabilizan el color, el aroma y la textura de los alimentos. En general, los agentes quelantes mejoran el color y el aroma de las conservas vegetales, tienen acción anticoagulante en la sangre, facilitan el proceso de cristalización del azúcar al destruir el complejo metal-azúcar y, en la obtención de extractos, el uso continuado de antioxidantes y agentes lácteos evita la disgregación del complejo caseínico. Muchos, como los ácidos policarboxílicos (oxálico y succínico), los ácidos hidrocarboxílicos (láctico, málico, tartárico y cítrico), los ácidos polifosfóricos ATP, pirofosfatos, aminoácidos, péptidos, proteínas y porfirinas, son componentes naturales de los alimentos que actúan como agentes quelantes.

4.7.

ESTABILIZANTES, ESPESANTES, GELIFICANTES, EMULGENTES Y ANTIESPUMANTES

Estos aditivos, tal como marca el Código Alimentario Español, están reunidos en el grupo 4 con sus números de identificación (Tabla 4.5). TABLA 4.5. Lista de estabilizantes, espesantes y gelificantes permitidos y publicada en el BOE del 4/8/87 E-322........................................ E-339........................................ E-340........................................ E-341........................................ E-400........................................ E-401........................................ E-402........................................ E-403........................................ E-404........................................ E-405........................................ E-406........................................ E-407........................................ E-410........................................ E-412........................................ E-413........................................ E-414........................................ E-415........................................ E-416........................................

Lecitinas Ortofosfatos de sodio Ortofosfatos de potasio Ortofosfatos de calcio Ácido algínico Alginato sódico Alginato potásico Alginato amónico Alginato cálcico Alginato de propilenglicol Agar-Agar Carragenanos Harina de semillas de algarroba Harina de semillas de guar Goma de tragacanto Goma arábiga Goma xantana Goma karaya (Continúa)

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245

(Continuación) E-420........................................ E-421........................................ E-422........................................ E-430........................................ E-431........................................ E-432........................................ E-433........................................ E-434........................................ E-435........................................ E-436........................................ E-440........................................ E-442........................................ E-450 a) ....................................

E-450 b) .................................... E-450 c) .................................... E-460........................................ E-461........................................ E-463........................................

4.7.1.

i) sorbitol ii) Jarabe de sorbitol Manitol Glicerol Estearato de polioxietileno (8) Estearato de polioxietileno (40) Monooleato de polioxietileno (20) sorbitano Monopalmitato de polioxietileno (20) sorbitano Monoestearato de polioxietleno (20) sorbitano Triestearato de polioxietileno (20) sorbitano i) Pectinas ii) Pectina amídica Fosfátidos de amonio i) Difosfato disódico ii) Difosfato trisódico iii) Difosfato tetrasódico iv) Difosfato t3trapotásico i) Trifosfato pentasódico ii) Trifosfato pentapotásico i) Polifosfato de sodio ii) Polifosfato de potasiop i) Celulosa microcristalina ii) Celulosa en polvo Metilcelulosa Hidroxipropilcelulosa

Espesantes

Los espesantes son los primeros aditivos de la tabla, con números de identificación desde el E-400 al E-436. Son polisacáridos (carbohidratos formados por la unión glucosídica de numerosos monosacáridos) que se caracterizan por su elevado peso molecular. Son incoloros, insípidos e hidrocoloides, cualidad esta última por la que retienen agua, hinchándose. Poseen muchos grupos hidroxilo libres, y su facilidad para formar geles hace que se usen para espesar salsas, sopas y flanes. Son atacados con facilidad por reactivos químicos. Los más usados como el almidón y derivados, agar-agar, goma arábiga, goma Santana, sorbitoles (D-glucitol), manitol y glicerol, son generalmente hidratos de carbono hidrocoloides y se añaden en una concentración aproximada del 2%. La utilización del almidón como aditivo alimentario se basa en sus propiedades de interacción con el agua, especialmente en

246

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

la capacidad de formación de geles; sin embargo el almidón natural no se comporta bien en todas las situaciones que pueden presentarse en los procesos de fabricación de algunos alimentos elaborados, inconvenientes que se obvian con el empleo de almidones modificados. Una de las modificaciones que más se utilizan es el entrecruzamiento, que consiste en la formación de puentes entre las cadenas de los polisacáridos del almidón. Si los puentes se forman con trimetafosfato tendremos el fosfato de almidón y si se forman con epiclorhidrina se obtendrá el éter glicérico de almidón. Se utilizan los almidones modificados en la fabricación de helados conservas y salsas.

4.7.2.

Estabilizantes

Son polisacáridos estructurales que se caracterizan por formar puentes de hidrógeno. En ellos hay uniones alfa y beta. La característica alimentaria más importante de los polisacáridos con unión alfa es la de ser digeribles por los mamíferos. Los polisacáridos estructurales con enlaces beta-glicosídicos son constituyentes del tejido estructural de los vegetales. Los mas importantes entre ellos son: celulosa, hemicelulosas, pectinas y agar-agar. A diferencia de los polisacáridos alfa, los beta no son digeribles por los mamíferos. Sólo los mamíferos rumiantes pueden, por ejemplo, digerir y asimilar la celulosa, debido a unas bacterias que viven en sus poliestómagos, y que son capaces de efectuar esa función. La celulosa, al no ser digerible por el hombre, se usa como espesante acalórico y aporte de fibra. Más aún que la celulosa se usa la carboximetil celulosa, en la que la sustitución de los OH se da entre un 0,4 y un 1,2%. Evita irritaciones intestinales al ser menos cristalina que la celulosa. Se utilizan los estabilizantes en la fabricación de algunos productos de fritura, como buñuelos o churros porque al absorber agua, forman una capa hidratada que dificulta la penetración del aceite, resultado un producto menos grasiento. Un ejemplo del poder hidratante de estos aditivos lo tenemos en el puré de patata al que hoy día estamos tan acostumbrados, y cuya comercialización es posible gracias al estabilizante E-450, al E- 300 (vitamina C) añadido como antioxidante para que la patata no pardee y al E-223 (bisulfito sódico) como conservador.

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

4.7.3.

247

Emulgentes o sustancias tensoactivas (ténsidos)

Una emulsión es una dispersión difásica de dos líquidos inmiscibles. La fase continua es la dispersante y la discontinua, la fase dispersa. En alimentación se distinguen dos tipos fundamentales de emulsiones, según que: — La fase dispersante sea el agua y la dispersa un aceite, como la mayonesa o los helados que son emulsiones de aceite en agua. A estas emulsiones se les denomina emulsión O/W (emulsión de aceite en agua). — La fase dispersante sea el aceite y la dispersa el agua, por ejemplo la mantequilla y la margarina, en cuyo caso tendremos una emulsión W/O (emulsión de agua en aceite). TABLA 4.6. Emulgentes permitidos por el Código Alimentario Español E-470 ......... E-471 ......... E-472 a ...... E-472 b ...... E-472 c....... E-472 d ...... E-472 e ...... E-472 f ....... E-473 ......... E-474 ......... E.475 ......... E-476 ......... E-477 ......... E-478 ......... E-478 ......... E-481 ......... E.482 ......... E-483 ......... E-491 ......... E.492 ......... E-493 ......... E-494 ......... E-495 ......... H-4511 ......

Sales sódicas, potásicas y cálcicas de los ácidos grasos Mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres acéticos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres lácticos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres cítricos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres tartáricos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres monoacetiltartáricos y diacetiltartáricos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Ésteres mixtos acéticos y tartáricos de los mono y diglicéridos de los ácidos grasos Sucroesteres Sucroglicéridos Esteres poliglicéridos de los ácidos grasos Polirricinoleato de poliglicerol Esteres de propilenglicol de los ácidos grasos Esteres mixtos de ácido láctico y ácidos grasos alimenticios con el glicerol y el propilenglicol Aceite de soja oxidado por calor y reaccionado con mono y diglicéridos de los ácidos grasos alimenticios Estearoil-2-lactilato sódico Estearoil-2-lactilato cálcico Tartrato de estearilo Monoestearto de sorbitano Triestearato de sorbitano Monolaurato de sorbitano Mono-oleato de sorbitano Monopalmitato de sorbitano Caseinato cálcico

248

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Los agentes tensoactivos, tanto de origen natural como sintético (Tabla 4.6), encuentran su aplicación en la tecnología alimentaria. Así son usados por ejemplo, para humedecer superficies lipófilas, para aumentar las condiciones de solubilidad, y sobre todo para la preparación y estabilización de dispersiones de todo tipo.

4.7.3.1.

Acción de los emulgentes

Los emulgentes pueden ser de dos tipos: los no iónico, que son los antiespumantes y los iónicos, que a su vez pueden ser aniónicos o catiónicos. Su acción se debe a la peculiar arquitectura de sus moléculas. Éstas deben tener una parte lipófila o hidrófoba, que se disuelva bien en la fase no acuosa y otra parte polar o hidrófila que se disuelva fácilmente en agua. La parte hidrófoba en general es una larga cadena alquílica y la hidrófila contiene grupos disociables o también, grupos hidroxilos o poliglicoles esterificados. En pequeñas concentraciones se reparten en ambas fases y al cargar las micelas negativamente se produce la formación de una doble capa eléctrica y se evita la agregación de las gotículas de grasa. Si hacemos en casa una mayonesa, a pesar de que esté muy bien hecha, con el tiempo el aceite acaba subiendo a la superficie por su menor densidad y se romperá la emulsión. ¿Cómo consiguen los fabricantes de mayonesas y helados que sus emulsiones no se rompan? Sencillamente añadiendo un emulgente. En la (Figura 4.5) se observa cómo el emulgente, una sal alcalina de un ácido graso, penetra en la gota de grasa por su parte hidrocarbonada lipófila y, al mantenerse en el exterior el ión COO– todas las gotitas de grasa quedarán cargadas negativamente, lo que impide su agregación, caso (A). En el segundo caso (B), en el que no se añada emulgente, debido a la menor densidad de la grasa, las micelas ascenderán produciéndose la agregación.

FIGURA 4.5. Mecanismo mediante el cual los detergentes impiden la agregación de las micelas de grasa.

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249

Los ténsidos iónicos estabilizan las emulsiones O/W, en los que el grupo alquílico queda disuelto en la superficie de la gota oleosa y el resto permanece en la fase acuosa. Cada emulgente puede dispersar sólo una cantidad limitada de líquido en la fase interna, es decir, tiene una determinada capacidad. Si este límite se sobrepasa, se rompe la emulsión por dilución conjunta con la fase externa. Esta capacidad de los emulgentes así como otros parámetros relacionados, es diferente para cada uno de ellos.

4.7.3.2.

Parámetros químicos para fijar el tipo de emulsionante que requiere un alimento

En los modelos descritos anteriormente los emulgentes pueden tener una fuerte parte lipófila y una débil porción hidrófila, lo que haría que fueran liposolubles y que estabilicen una emulsión W/O. Lo mismo puede decirse de los emulgentes con una fuerte porción hidrófila y una débil parte lipófila y que estabilicen una emulsión O/W. ¿Como se podrá por tanto elegir el emulgente más adecuado a cada tipo de emulsión? Con objeto de cuantificar numéricamente la fuerza relativa o actividad de los grupos hidrofílicos o lipofílicos de los emulsionantes, se ha desarrollado el concepto de HLB, que se define como, «la relacción entre la cantidad de grupos hidrofílicos o lipofílicos que tiene el emulgente». % en peso grupos hidrofílicos HLB = —————————————— % en peso grupos lipofílicos Su valor se puede determinar a partir de las constantes dieléctricas y el comportamiento cromatográfico de los emulgentes. Existe una escala del 0 al 20 (Tabla 4.7), que nos da la relación de tanto por ciento en peso de los grupos hidrofílicos y lipófilos. Así, los emulgentes que tienen un valor de HLB comprendidos entre 1 y 9 son aquellos en los que la atracción por la fase acuosa es menor que por la lípica; son por tanto lipófilos y son más solubles en aceite, por lo que se utilizan para estabilizar emulsiones W/O como por ejemplo la margarina, grasa que tiene un 20% de agua, en cuya etiqueta se especifican los emulgentes añadidos, además de los acidulantes, conservantes y vitaminas.

250

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

TABLA 4.7. Emulgentes utilizados en alimentación con su valor de HLB Compuesto Ácido oleico..................................................................... Triestearato de sorbitano................................................... Monoestearilglicérido ....................................................... Monoestearato de sorbitano.............................................. Monolaurato de sorbitano................................................. Gelatina .......................................................................... Triestearato de polietilensorbitano ..................................... Metilcelulosa .................................................................... Monoestearato de polioxietilensorbitano ............................ Monoolearato de polioxietilensorbitano ............................. Oleato sódico .................................................................. Oleato potásico................................................................

Valor HLB 1,0 2,1 3,4 4,7 8,6 9,8 14,9 10,5 14,9 15,0 18,0 20,0

Los que tienen el valor HLB comprendido entre 10 y 20 poseen mayor atracción por la fase acuosa, son hidrófilos solubles en agua y se utilizarán para estabilizar emulsiones O/W como la mayonesas y los helados. Los emulgentes neutros se orientan en la superficie de las micelas o gotículas de aceite, mientras que los grupos polares quedan en fase acuosa. La coalescencia de las gotículas de una emulsión O/W se produce cuando no existe la presencia de una envoltura hidratada, más o menos cerrada, formada por los grupos polares. La coalescencia de las gotículas de agua a través de la doble capa de grupos hidrófobos sólo es posible cuando existe la suficiente energía disponible como para destruir la interacción hidrofóbica del emulgente. La estabilidad de una emulsión se logra cuando se bloquea la movilidad de las gotículas. Los hidrocoloides estabilizan por ello las emulsiones O/W al aumentar la viscosidad de la fase externa. Una subida de temperatura actúa negativamente en la estabilidad de las emulsiones, llegando a la rotura de la misma si se agita, bate o aumenta la presión. Otra posibilidad de destruir la emulsión puede ser mediante la adición de iones que actúan sobre la doble capa eléctrica rompiendo la estabilidad o las características de los emulgentes.

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4.7.4.

251

Antiespumantes

Son productos que tienen la propiedad de formar una capa en la interfase líquido-aire de las soluciones alimentarias, lo que permite la eliminación de espumas en los zumos. Entre los más usados está por ejemplo el dimetilpolixilosano.

4.8.

ACIDULANTES, BASIFICANTES Y ANTIAGLOMERANTES

4.8.1.

Acidulantes y basificantes

Se añaden a los alimentos para modificar su pH con objeto de adecuarlos a su preparación. Se emplean, por ejemplo, acidificantes como por ejemplo el E-505, HCl, para las conservas y congelados de frutas y verduras o el E-355, ácido cítrico como vemos en la (Figura 4.6). Con ellos se potencian los aromas ya que la constitución química de los aromas, casi todos esteres naturales, son más volátiles en medio ácido. El E- 500, carbonato sódico, se emplean como basificantes para precipitar compuestos amargos, como es el caso de la preparación de aceitunas.

FIGURA 4.6. Etiqueta de alcachofas que especifica el acidulante añadido (ácido cítrico).

252

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TABLA 4.8. Acidulantes y correctores de acidez, según el Código Alimentario español. BOE 4-8-87 296................................... 297................................... 343................................... 350...................................

351...................................

352...................................

353................................... 354................................... 355................................... 363................................... 370................................... 375................................... 380................................... 381................................... 500...................................

501...................................

4.8.2.

Ácido málico Ácido fumárico Ortofosfato magnésico Malatos de sodio i) Malato sódico ii) Malato ácido de sodio Malatos de potasio i) Malato potásico ii) Malato ácido de potasio Malatos de calcio i) Malato cálcico ii) Malato ácido de calcio Ácido metatartárico Tartrato cálcico Ácido.cítrico Ácido succínico 1,4 Heptano lactona Ácido nicotínico Citrato triamónico i) Citrato férrico amónico ii) Citrato férrico amónico verde Carbonatos de sodio i) Carbonato sódico ii) Carbonato ácido de sodio iii) Sesquicarbonato de sodio Carbonatos de potasio i) Carbonato potásico ii) Carbonato ácido de potasio

Antiaglomerantes

Son sustancia higroscópicas que preservan a productos que tienden a apelmazarse por su tendencia a absorber agua, formando una película hidrófobica. Un ejemplo conocido por todo el mundo es la sal común y también las sales de especias, sopas o salsas en polvo. Gracias a estos aditivos ya no es necesario el añadir arroz o garbanzos a los saleros que, como el de la (Figura 4.7) tienen un antiapelmazante añadido.

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FIGURA 4.7. Etiqueta de un salero donde se ha añadido el E-536 como antiapelmazante

4.9.

POTENCIADORES DEL SABOR

Hoy día son compuestos muy polémicos a nivel europeo. Generalmente son glutamatos, siendo el glutamato monosódico (E-621) el más utilizado. Aunque su función es aumentar el sabor de los alimentos, hay otros como tioles y ésteres que se añaden porque dan olor y sabor. Por ello, se catalogan como aromas y no están sujetos a la misma legislación que los aditivos.

4.10.

EDULCORANTES

Con el nombre de edulcorantes se designan compuestos naturales o sintéticos que tienen sabor dulce, pero que carecen de poder energético o es prácticamente insignificante, por lo que es nulo su valor nutritivo. (Tabla 4.9).

254

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

TABLA 4.9. Relación de edulcorante y dosis máxima admitida por la legislación Española. BOE 12-1-98 N.o asignado por la CEE

Denominación

Productos alimenticios

Dosis máxima

E-420

Sorbitol i) sorbitol ii) Jarabe de sorbitol

Cereales para desayuno Quantum satis Cereales u otros productos a base de cereales, de valor energético reducido o sin azúcares añadidos.

E-421 E-953

Manitol Isomaltito

Complementos alimenticios Complementos sólidos de la dieta

E-965

Maltitol i) Jarabe de maltitol

E-366

Lactitol

E-967

Xilitol

Frutas y hortalizas elaboradas Quantum satis Confituras, jaleas y mermeladas. Preparados de fruta, excepto los usados en la fabricación de bebidas a base de zumos. Todos ellos de valor energético reducido o sin azúcares añadidos. Pastelería y repostería Productos de pastelería, repostería, bollería. Derivados del cacao, chocolate y sucedáneos. Turrones y mazapanes; todos ellos de valor energético reducido o sin azúcares añadidos. Salsas Salsas y mostazas

E-950

—

Quantum satis

Bebidas alcohólicas excluida la cerveza 350 mg/L Sidra y perada Bebidas no alcohólicas 350 mg/L Bebidas aromatizadas a base de agua, a base de leche y derivados y a base de zumos de frutas. Todas ellas de reducido valor energético o sin azúcares añadidos.

Estas sustancias edulcorantes tienen un interés particular en los países desarrollados para poder reducir con ellos el exceso de hidratos de carbono en la dieta y la preparación de alimentos light. Desde hace tiempo son empleados con este fin la sacarina y el ciclamato, aunque no faltan investigaciones muy discutidas sobre la idoneidad de su empleo. Hace unos años, se pensó que el sabor dulce se correspondía con la estructura química de los mono y disacaridos y por ello a estos com-

LA QUÍMICA EN LA CONSERVACIÓN Y PROTECCIÓN DE LOS ALIMENTOS

255

puestos, se les denominó glúcidos. Posteriormente, se demostró que hay monosacáridos que no son dulces y compuestos con estructura química muy diferente que son mucho mas dulces que los hidratos de carbono. A la relación expuesta en la tabla anterior, hay que añadir los siguientes: — E-951, Aspartamo — E-952, Acido ciclámico y sus sales de sodio y calcio — E-954, Sacarina y sus sales de sodio, potasio y calcio — E-957, Taumatina — E-959, Neohesperina DC

4.10.1.

Hipótesis estructurales para el sabor dulce

La búsqueda de sustancias edulcorantes es una tarea nada fácil. La relación entre la estructura y el sabor dulce no está suficientemente aclarada, siendo la hipótesis más aceptada la de Shallenberger y Acree. Según esta teoría, se considera que tanto la molécula estimulante como el sitio receptor bucal tienen dos grupos; uno donador (B) y otro aceptor de protones (AH) separados por la distancia de 0,3 nm. La interacción inversa entre estos dos grupos (Figura 4.8) hace que AH establezca puentes de hidrógeno con B y se genere una diferencia de potencial que es transmitida al cerebro. El siguiente esquema indica cómo se hace la interacción entre los grupos del compuesto dulce y el receptor.

FIGURA 4.8. Interacción entre los grupos AH y B.

Existen muchas sustancias sintéticas y algunas naturales, que tienen un poder edulcorante mucho mayor que el de la sacarosa; por ejemplo la sacarina que es de 200 a 500 veces más dulce que la sacarosa. Para explicar esto, Kier en 1972 amplía la teoría de Shallenberger, e introduce un tercer factor o punto de unión, X, que representa la parte hidrófoba del agente dulce y del receptor y que puede ser un grupo metilo, metileno o fenilo.

256

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Teniendo en cuenta que las membranas de las células de la lengua tienen un carácter lipoproteínico, creando un determinado grado de apolaridad en la molécula aumentará la interacción; las uniones ahora son tanto por puentes de hidrógeno como por enlaces hidrófobos. La estructura creada por las uniones AH-B, que era rígida, lo es ahora más por la alta hidrofobicidad, la molécula no sufre transformaciones de tautomerismo al disolverse en agua y no cambia la intensidad del dulzor con el tiempo. En la siguiente figura vemos cómo la glucosa y la sacarina, compuestos químicamente bien diferentes, poseen estructura rígida y los grupos donador B y aceptor de protones AH están a la distancia necesaria (0,3 nm) para proporcionar los puntos de enlace con la proteína receptora del sabor dulce.

FIGURA 4.9. Estructuras químicas comparadas de la glucosa y la sacarina.

Se ha visto que cuando la estructura química de los azúcares y otros edulcorantes sufren pequeñas transformaciones, se provocan grandes alteraciones. Así, parece ser que cuando la distancia entre AH y B se reduce a la mitad, la percepción se transforma de dulce a amargo. La cercanía entre los dos grupos induce a la formación de puentes de hidrógeno intramoleculares que provocan una pequeña hidrofobicidad e impiden que

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257

la molécula produzca los puentes de hidrógeno abiertos que son los que dan lugar a la interacción con el sitio activo de la boca y permiten la percepción del sabor dulce. Durante los años 80 se han hecho sustanciales contribuciones al conocimiento de las características estructurales necesarias para una alta intensidad de dulzor (Waltters 1991). Se ha propuesto la existencia de un receptor que contiene al menos 8 sitios de reconocimiento específicos y la potencia edulcorante dependería de la efectividad de la interacción entre ellos. Una culminación de estos trabajos fue el descubrimiento en 1987 del, ácido sucronónico, un potente edulcorante que es unas 200.000 veces más dulce que la sacarosa (en dilución al 2%). Además del sabor dulce, un edulcorante alimentario deberá no tener acción alguna perjudicial a la salud. Por otro lado, hay que tener en cuenta su solubilidad, estabilidad a diversas temperaturas y valores de pH; que su sabor dulce no esté acompañado de otros sabores secundarios o que permanezcan en el paladar y, finalmente, que su poder edulcorante respecto a la sacarosa haga que sea económico su empleo. Por ello, hoy se discute el uso de una serie de nuevos compuestos.

4.10.2.

Medida de la intensidad del sabor dulce

Para la medida de la intensidad del sabor dulce de una sustancia (dulzor), hemos de considerar: el valor del umbral de percepción (concentración mínima de una solución acuosa de la sustancia que se ensaya, a la que se percibe el sabor dulce) y la afinidad del edulcorante por la proteína receptora. Con objeto de cuantificar la intensidad del sabor dulce de cada compuesto, es decir, la capacidad de una sustancia para causar esa sensación, se les compara con la sacarosa, a cuyo dulzor se da el valor arbitrario de 1. El factor sacarosa es por tanto un número por el cual debe ser multiplicada la concentración de una solución acuosa de edulcorante, con objeto de obtener el mismo poder edulcorante que una disolución de sacarosa con igual concentración Este factor es dependiente de la concentración y puede expresarse en moles/litro o en gramos/litro.

258

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

En la Tabla 4.10, se da una lista del poder edulcorantes de algunos compuestos, relativa a la sacarosa. TABLA 4.10. Poder edulcorante de algunos compuestos, relativo a la sacarosa Sacarosa = 1 Glucosa ........................................................................... Fructosa........................................................................... Lactosa ............................................................................ Sorbitol............................................................................ Manitol............................................................................ Ciclamato ........................................................................ Sacarina.......................................................................... Dulcina............................................................................ Esteviosido....................................................................... Asparmato....................................................................... Acesulfam........................................................................ Glicirricina amónica ......................................................... Naringin dihidrocalcona................................................... Monolina ......................................................................... Taumatina .......................................................................

4.10.3.

En solución 0,6 1,4 0,4 0,5 0,6 20-30 300-500 150-250 300 200 200 50 300 2500 5000

Edulcorantes con bajo valor calórico

Polioles Se discute mucho sobre el valor calórico de los polioles, debido a la complejidad de los métodos de medida y a la dificultad de formar grupos homogéneos de sujetos. En la legislación del etiquetado sobre propiedades nutritivas (Directiva 90/496/CEE; Real Decreto 930/1992) se ha propuesto para todos los polioles un valor nutritivo de 10 kJ/g. Se puede constatar que los polioles derivados de disacáridos tienen este bajo valor calórico, debido a su incompleta absorción en el estómago o intestino. Los que más se utilizan son el gucitol, maltitol. Teniendo en cuenta sus diferentes propiedades y el efecto buscado en el producto alimenticio (mayor o menor dulzor, mayor o menor retención de humedad, mayor o menor sensación de frescor) el tecnólogo de ali-

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259

mentos, dependiendo de la aplicación concreta a la que los destine, selecciona un poliol u otro, o una mezcla de ellos. Azúcar invertido Se da este nombre a la mezcla de azúcares (glucosa mas fructosa), producida cuando la sacarosa se hidroliza química o enzimáticamente. El azúcar invertido se produce en forma natural en la miel de abeja. Asimismo en los jugos de frutas con pH ácido, al sufrir algún tratamiento térmico, se percibe un ligero aumento del dulzor, debido a la hidrólisis de la sacarosa. En la reacción de hidrólisis de la sacarosa observamos que: — El poder rotatorio de la luz polarizada se invierte al producirse la hidrólisis. — La suma de los dulzores de la D-Glucosa (0,6) y la D-Fructosa (1,4) es el doble que el de la sacarosa (1). Sacarosa + H2O (α)D = +66° Poder edulcorante =1

→

D-Glucosa (α)D = +52° Poder edulcorante = 0,6

D-Fructosa (α)D = –93° Poder edulcorante = 1,4

Por tanto, simplemente utilizando la sacarosa hidrolizada conseguiremos el mismo dulzor con la mitad de concentración de edulcorante que con la sacarosa sin hidrolizar. El hecho de que la disolución de fructosa + glucosa sea dextrógira es por lo que se le da el nombre de azúcar invertido. En las etiquetas de algunas mermeladas «light»se pueden ver leyendas de este tipo, No contiene sacarosa pero si glucosa.

4.10.4.

Edulcorantes acalóricos

Los edulcorantes acalóricos, o no nutritivos, son compuestos de poder edulcorante muy superior al de la sacarosa. Algunos serían nutritivos, en sentido estricto, pero dado su alto poder edulcorante, las calorías que aportan al organismo son insignificantes por las pequeñas dosis a que se emplean. Las principales propiedades de los edulcorantes intensos son:

260

LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

— Alta intensidad de dulzor. — Ausencia de otras propiedades tecnológicas (no son higroscópicos, no se caramelizan, no confieren textura). — Apropiados para diabéticos. — No carcinogénicos. La propuesta de la Directiva Comunitaria de Edulcorantes contempla la utilización de seis edulcorantes intensos: sacarinas, ciclamatos, aspartamo, acesulfame-k, neohesperidina-dihidrochalcona y taumatina en diversos productos y a dosis variables en función de éstos. Sacarina La sacarina es un benzoisotiazol, concretamente la o-benzosulfimidasódica. Su dulzor fue descubierto accidentalmente por I. Remsen y C. Fahlberg cuando la sintetizaron en 1879 en la John Hopkins University durante la oxidación de la o-toluenosulfonamida. Se sintetiza por dos procesos diferentes: — El método de Remsen-Fahlberg, que parte del tolueno. — El método de Maumee, que parte del ácido antranílico y permite obtenerla con mayor pureza.

La forma más usada es la sal sódica dihidratada, que tiene un elevado poder edulcorante: 350-500 (con relación a una disolución de sacarosa al 10%), aunque tiene cierto sabor residual amargo o «metálico». Es un polvo blanco, cristalino, de punto de fusión 226-230 °C, muy soluble en agua y no afectado en solución por el bajo pH o la alta temperatura. La sacarina se absorbe de manera lenta e incompleta (95%) en el intestino y se excreta de forma rápida e inalterada por orina principalmente. Algunos estudios en ratas alimentadas con altas dosis de sacarina (5% o más de la dieta) durante largos periodos de tiempo reseñaron cierto aumento de tumores de vejiga, pero posteriores estudios epidemiológicos en humanos, incluso en diabéticos, no han detectado au-

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mento de riesgo (Morgan y Wong, 1985). A pesar de ello, no está permitida en EE UU. No se metobiliza a ningún indicador electrófilo, ni se reabsorbe en túbulos renales. La saturación de la secreción renal observada en ratas a las altas dosis citadas no se da en el hombre con altas monodosis orales de 2gr. (Renwich, 1985). El Comité Mixto FAO/OMS ha fijado una IDA provisional de 2,5 mg/kg de peso corporal. En España están autorizadas las sacarinas (ácida, sódica y cálcica) en los siguientes alimentos y dosis. — Gaseosas y bebidas refrescantes aromatizadas: 150 ppm máximo — Yogures edulcorados, de fruta y aromáticos. — Productos dietéticos (para diabéticos): sin especificar dosis. La Propuesta de la Directiva de Edulcorantes Comunitaria contempla la autorización de la sacarina y sus sales sódicas, cálcica y potásica, con el número de aditivo E-954, para uso en muy diversos productos: bebidas refrescantes, postres, cereales de desayuno, helados, jaleas y mermeladas, confites, chicle sin azúcar. Ciclamato El ciclamato es el ácido ciclohexil sulfámico.

Su dulzor fue descubierto accidentalmente en 1937 por M. Sveda en la Illinois University cuando investigaba las propiedades antipiréticas de los derivados del ácido sulfámico. Aunque se han propuesto numerosas modificaciones del método sintético original de Audrieth y Sveda, sigue siendo éste el utilizado en la actualidad: la sulfonación de la ciclohexilamina con ácido clorosulfónico. La forma más usada es la sal sódica, que tiene un poder edulcorante de 30-50 y carece de sabor residual amargo. Es un polvo blanco, cristali-

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

no, muy soluble en agua, no afectado en solución por el bajo pH o la alta temperatura. Aproximadamente el 40% del ciclamato ingerido se absorbe en el intestino y se elimina inalterado por la orina. El resto se metaboliza parcialmente a ciclohexilamina, capacidad que varía de un individuo a otro siendo el promedio del ciclamato no absorbido del 30%, (Vettorazzi, 1986). Esta metabolización la lleva a cabo la microflora intestinal. Se elimina principalmente por la orina, aunque una pequeña parte es biotransformada por desaminación e hidroxilación del anillo antes de la excreción, (Drasar et al., 1972). Algunos estudios en ratas catalogaron la ciclohexilamina como agente inductor de cáncer de vejiga; no obstante, más de treinta estudios posteriores no han mostrado carcinogenicidad en el hombre y los estudios siguientes se han centrado en los efectos sobre la reproducción (Ferrando, 1981). El comité mixto FAO/OMS ha fijado una IDA de 11mg/kg de peso corporal. Igual que con la sacarina, la Directiva de Edulcorantes Comunitaria contempla la autorización del ciclamato y sus sales sódicas y cálcicas, con el número de aditivo E-952 para uso en muy diversos productos, como bebidas refrescantes, sidra y perry, postres, cereales de desayuno, mermeladas y jaleas, helados, confites o chicle sin azucar entre otros. Aspartamo El edulcorante aspartamo es el éster metílico del dipéctido L-aspartil-Lfenilalanina y se metaboliza generando dos aminoácidos. Su dulzor fue descubierto accidentalmente cuando, en 1965, investigadores de Searle y Co. sintetizaban el tetrapéptido terminal de la gastrina y observaron que el resto L-aspártico era fundamental para el dulzor pero que el resto L-fenilalanina era modificable sin pérdida de dicho dulzor (Mezur et al. 1969). También quedó patente la importancia decisiva de la configuración espacial ya que los isómeros DD, DL y LD no son dulces (Cramer e Ikan, 1977). Se sintetiza a partir del ácido aspártico y del éster metílico de fenilalanina, bien por síntesis química con la que se obtienen otros productos secundarios, o más específicamente por síntesis enzimática. Ésta a su vez se puede llevar a cabo con determinadas cepas de bacterias para obtener el aspartamo, o con termolisina inmovilizada a papaína para obtener un precursor del mismo.

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Es un polvo blanco, cristalino, con el punto de fusión a 196 °C y un poder edulcorante de 120-200 (135 respecto a una disolución de sacarosa al 10%); no deja sabor residual ya que en su punto isoeléctrico su solubilidad es mínima (1%). En ella, en la solubilidad, influyen bastante el pH y la temperatura; su estabilidad es máxima a bajas temperaturas y valores de pH igual a 4. La degradación se hace por hidrólisis del enlace éster metílico, bien por la ruptura de la unión peptídica o por un reacomodo intramolecular, que da origen a la dicetopiperidina. Esta inestabilidad puede limitar una de sus potenciales aplicaciones. La molécula de aspartamo no se absorbe directamente sino que se metaboliza, como cualquier dipéptido, y son los productos de la hidrólisis los que se absorben. Su catabolismo, aumenta por tanto los niveles plasmáticos de fenilalanina, pudiendo causar problemas a personas aquejadas de fenilcetonuria. La fenilcetonuria es una enfermedad originada por la carencia completa o deficiencia de la enzima hidroxilasa de la fenilalanina del hígado que transforma la fenilalanina en tirosina; la acumulación de la fenilalanina o de sus derivados en la sangre, provoca una mielización deficiente del cerebro ocasionando retraso mental. Se ha constatado no obstante, que con las ingestas normales de consumo de aspartamo no se incrementa la fenilalanina plasmática hasta niveles tóxicos para estos pacientes y que ingestas muy superiores a la esperada, no producen niveles tóxicos para sujetos normales. Por otra parte, la dicetopiperacina, que se halla en el aspartamo comercial al 1,5% como máximo, se asoció a la aparición de pólipos uterinos en ratas. Aunque posteriores estudios no lo han podido confirmar, lo que sí han revelado éstos es que el metabolito principal de la dicetopiperacina es la fenilacetilglutamina, que normalmente está presente en la orina como consecuencia del metabolismo de la metilalanina (Beerens 1981). El Comité Mixto FAO/OMS ha establecido para el aspartamo y la dicetopiperacina una IDA de 40 y de 7,5 mg/kg de peso corporal, respectivamente. En España actualmente se autoriza en gaseosas y bebidas refrescantes aromáticas, (a dosis de 600 ppm máximo) y en alimentos dietéticos, en dosis tales que su consumo no suponga una ingesta diaria superior a 40mg/kg de peso corporal. Es también preceptivo, que en los envases figure junto al contenido en aspartamo por unidad, la siguiente mención: Edulcorante artificial aspartamo, no apto para fenilacetonuricos. La Propuesta de Directiva de edulcorantes comunitaria contempla la autorización del aspartamo, con en número de aditivo E-951, el sorbitol o

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LA QUÍMICA EN LA VIDA COTIDIANA

ciclamato entre otros para su uso en muy diversos productos, como las confituras dietéticas la cuales llevan también leyendas como «sin azúcar ni fructosa añadidos».

4.10.5.

Proteínas naturales de alto poder edulcorante

El afán de obtener compuestos edulcorantes naturales capaces de sustituir a la tradicional sacarosa, ha llevado a identificar varias proteínas que, entre otras propiedades, dan sensación de dulzor. Las principales son, monelinas, taumatinas y miraculina.

Monelina Es un complejo proteínico con un peso molecular de aproximadamente 11.500 y con un punto isoeléctrico de 9,03. Se extrae de la baya menispermacea Dioscoreophillum cumminsii. No contiene histidina ni hidratos de carbono y sus cadenas polipeptídicas A y B, formadas por 44 y 50 aminoácidos respectivamente, están unidas por enlaces no covalentes. Estas cadenas cuando están aisladas no son dulces, pero su recombinación regenera poco a poco este sabor aunque nunca se llega a alcanzar la intensidad de sabor de la proteína natural. Es soluble en agua, y se desnaturaliza tanto con tratamientos térmicos intensos como a valores de pH extremos. Su poder edulcorante es aproximadamente 2.500 veces el de la sacarosa y la sensación de dulzor se puede mantener en la boca hasta 60 minutos. Actualmente, no tiene una aplicación comercial.

Taumatina Se encuentra en el llamado katemfe, que es la parte gelatinosa que cubre las semillas o los frutos de una planta africana conocida como Thaumatococcus danielli; se han aislado dos fraccionas denominadas taumatina I y II, ambas con un peso molecular de 21.000. Tienen 207 aminoácidos, de los cuales muchos son básicos por lo que el punto isoeléctrico es 11,7 o más. En su estructura primaria hay cinco grupos de tripéptidos idénticos a los que se encuentran en la monelina. Es muy soluble en agua y contiene en la molécula ocho enlaces disulfuro que le confieren una alta resistencia a la desnaturalización térmica. Su poder edulcorante es de más de 1.600 veces el de la sacarosa y no deja sabores o resabios extraños como los que se perciben con la sacari-

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na. Tiene también la peculiar característica de reducir hasta 10 veces el umbral de captación de los sabores frutales y de menta. Se utiliza cada vez más en algunos paises europeos como aditivo edulcorante comercial. Miraculina La miraculina es una glucoproteina con un peso molecular de 44.000, que se extrae de la pulpa de la fruta tropical Synsepalum dulcificum con carbonato sodico a un pH de10,5. En forma pura no tiene sabor pero cuando se ha consumido, transforma la percepción de los compuestos ácidos en muy dulces. Así por ejemplo, el zumo de limón sabe a zumo de limón dulce cuando la boca se ha enjuagado con una solución de miraculina; ésto se debe probablemente a que se une a los receptores de los corpúsculos gustativos y modifica su función. Tiene el gran inconveniente de que se desnaturaliza rápidamente por lo que hoy día tampoco tiene aplicaciones comerciales.

4.10.6.

Otros edulcorantes menos frecuentes

Dentro de este apartado, se han agrupado aquellos edulcorantes que son difíciles de estudiar por encontrarse en concentraciones muy reducidas. Entre ellos citaremos: Esteviósid Glucósido formado por una molécula de esteviol, a la que a través de un grupo hidroxilo del carbono número 13, se le une la soforosa. Se extrae de las hojas de la Stevia Rebaudiana, planta originaria del Paraguay. Llega a ser hasta 300 veces más dulce que la sacarosa pero su elevado precio limita su uso. Tiene muchas posibilidades de ser utilizado en un futuro próximo. Glicirrina La glicirrina o ácido glicírrico tiene la estructura de saporina, se encuentra en la raíz del regaliz (glicirrina glabra), del que es el principio activo más importante. Éste, es el diglicurónido del ácido glicirrétinico. Tanto la forma ácido como la sal, consumidas en altas concentraciones incrementan la presión sanguínea y favorecen la retención de agua y de cloruro sódico. Por su similitud molecular con la cortisona, es un edulcorante poco usado.

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Dihidrocalcona Es el último de los compuestos que citaremos de este grupo. Deriva de las flavonas del citrus y posee un sabor dulce relativamente puro que se percibe lentamente, el cual persiste un cierto tiempo.

4.11. 4.11.1.

OTROS GRUPOS DE ADITIVOS Levaduras químicas

Se les llama así a aquellos compuestos químicos que sustituyen a las levaduras naturales y resultan mucho más económicos. Se preparan para liberar gas en el seno de una masa o pasta en condiciones adecuadas de temperatura o humedad, con el objetivo de levantar y ahuecar la masa. Los más utilizados son el bicarbonato sódico y los carbonato y bicarbonato amónicos; los dos últimos liberan dióxido de carbono con el calor, pero el primero necesita un medio ligeramente ácido. Observando las etiquetas de algunos productos de bollería, podremos leer cómo se le ha añadido bicarbonato sódico (E-500) para sustituir a la levadura, y un acidulante que facilitará el desprendimiento de CO2.

4.11.2.

Aditivos no incluidos en los grupos anteriores

Finalmente para concluir con los aditivos, hay otros tipos que se engloban en un grupo común, como son los almidones modificados, los blanqueantes y los clarificantes. Los almidones modificados: Son aquellos cuyas propiedades se han mejorado a fin de adaptarlos lo más convenientemente a las necesidades tecnológicas del procesado de los alimentos. Pueden ser aditivos estabilizantes, emulsionantes o espesantes y utilizarse para sales, lípidos y productos con distinto pH; es decir se puede disponer de un almidón modificado para cada necesidad. Dependiendo del modo de preparación, se les conoce como almidones levemente hidrolizados, pregelatinizados, entrecruzados u oxidados y cuyo uso está sujeto también a la legislación vigente. Los aditivos blanqueantes y clarificantes se usan para las harinas y para eliminar las turbideces de salsas, entre otras muchas aplicaciones.

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El tratamiento térmico o congelado de los vegetales suele producir excesivo reblandecimiento porque modifica su estructura molecular, dándole un aspecto pastoso que lo haría poco apetecible para el consumo; por ello, se utilizan sustancias químicas endurecedoras como el sulfato alumínico potásico con el que se mantiene la textura dura y crujiente de los pepinillos en vinagre por ejemplo. También hay ceras que tienen diversos usos como, el recubrimiento de la superficie de envases para conservas entre otros. Todos ellos contribuyen a hacer posible nuestra forma actual de alimentarnos.

Tema 5 LA QUÍMICA EN LA MEJORA DE LA CALIDAD NUTRITIVA DE LOS ALIMENTOS M. Magdalena Gálvez Morros

ESQUEMA DE CONTENIDOS 5.1. 5.2. 5.3. 5.4.

El etiquetado nutricional Alimentos mejorados en su calidad nutritiva Contribución de la química a la creación de nuevos alimentos Bibliografía

5.1.

EL ETIQUETADO NUTRICIONAL

La antigua teoría que decía que existía un único principio nutritivo en los alimentos mantenida hasta el siglo XVIII, fue rebatida por los primeros químicos que se dedicaron a analizarlos. Sorprende ahora la fecha relativamente reciente, de la apertura del primer laboratorio oficial de análisis de alimentos que se monta en Weede (Alemania) en 1860. Se analizan entonces por primera vez de forma científica los componentes de los alimentos. W. Hanneberg y F. Stohonneman, sus primeros directores, desarrollaron el primer procedimiento para la determinación de tales componentes. Se dividía la muestra en porciones para analizar por separado humedad, grasa, cenizas y nitrógeno. En una primera porción, se analizaba el contenido en nitrógeno y, con el valor obtenido, multiplicado por 6,25 que es el factor medio en el que el nitrógeno se encuentra en las proteínas, se obtiene el contenido de proteínas. En otra porción se efectuaba una digestión, ácida primero y alcalina después, imitando la digestión natural en el estómago e intestino, llamando al residuo no disuelto fibra bruta. La porción restante, después de descontar humedad, grasa, cenizas y proteínas denominada extracto libre de nitrógeno, se creía que representaba los hidratos de carbono. De estos análisis, quedan definidos entonces los componentes de los alimentos en: — Macronutrientes: Proteínas, Grasas e Hidratos de carbono. — Micronutrientes: Minerales y Vitaminas. — Residuo de fibra alimentaria.

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Modernamente el análisis instrumental, con la cromatografía, espectrometría y otras Técnicas abanzadas, permite que los actuales laboratorios puedan analizar exactamente la composición en macro y micronutrientes de los alimentos, de tal forma que dietistas y consumidores pueden diseñar la dieta equilibrada ideal adaptada a cada individuo. La moderna legislación obliga a facilitar al consumidor la composición de los alimentos elaborados y a incluir los resultados en el etiquetado nutricional con objeto de que éste, le permita conocer las características nutricionales de los alimentos, qué cantidad en nutrientes contiene, cuantas calorías proporciona y otros datos importantes que permitan consumirlos de forma adecuada a sus gustos y necesidades. Sin embargo pocos consumidores leen este etiquetado nutricional del que pueden obtenerse interesantes datos. Asimismo está legislado, que todos los productos alimenticios que no se venden a granel deben llevar este etiquetado con una información básica en la que se indique: — Denominación. — Composición entre paréntesis. — Qué son los llamados «cuatro grandes»: kilocalorías totales, proteínas, grasas e hidratos de carbono. — Calorías que aporta el producto por cada 100 g si es sólido, o por cada 100 mL si es un líquido. — Cantidad de nutrientes que tiene el producto en volumen o peso (por cada 100 g o por cada 100 mL). — Fecha de consumo preferente. — Vitaminas y minerales cuando el producto contiene al menos un 15% de la cantidad diaria recomendada (CDR). Un etiquetado así, puede capacitar al consumidor para la elección de una dieta adecuada a sus necesidades.

5.2.

ALIMENTOS MEJORADOS EN SU CALIDAD NUTRITIVA

La química, además de analizar los alimentos, puede mejorar su calidad nutritiva modificando su contenido proteico, su contenido graso,

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sus hidratos de carbono o sus micronutrientes para adecuarla a las diferentes necesidades dietéticas de cada individuo. Algunos ejemplos de alimentos cuya composición natural ha sido modificada para adecuarla a las necesidades dietéticas de los diferentes consumidores la veremos a continuación. Leche desnatada o semidesnatada Aunque el contenido normal de grasa en la leche de vaca es de 3,5 a 4,5 g/100mL, siendo el mínimo que exige la legislación para la leche entera del 3,2% de grasa, una misma marca comercializa varios tipos de leche con diferente contenido en grasa. Así, a la leche semidesnatada se le extrae grasa hasta dejar una concentración de 1,55 g/100mL (la legislación admite un mínimo de 3,2% y un máximo de 1,8% para este tipo de leche). A la desnatada se le extrae la grasa hasta que queda una concentración de 0,2 g/100mL, siendo el máximo que admite la legislación del 0,3%. Leche maternizada Es leche enriquecida en lactosa y con el resto de azúcares en la composición y porcentaje de la leche de mujer. Alimentos enriquecidos con ácidos omega-3 Los ácidos omega-3 como el eicosa pentaenoico (EPA) y el docosahexanoico (DHA) son ácidos grasos esenciales, e imprescindibles para la síntesis de las prostaglandinas. Al no poder ser sintetizados por el hombre ni los animales en su metabolismo, hay que tomarlos necesariamente de los alimentos. El nombre de omega-3 proviene de que tienen un doble enlace en el tercer carbono más próximo al grupo funcional, además de otros dobles enlaces en otras posiciones. También son esenciales los omega-6 como el ácido linoleico. Desde hace pocos años, concretamente desde marzo de 1996, se comercializan por ejemplo los huevos enriquecidos con DHA. Este ácido graso destaca por diversas propiedades entre las que podemos citar que: — Mantiene el equilibrio de las grasas en la sangre — Impide la agregación plaquetaria, por lo que incide favorablemente en caso de riesgo cardiovascular y

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— Se trata de un lípido fundamental para el desarrollo y funcionamiento del sistema nervioso central. Como ya se ha indicado, debe ser aportado a través del consumo de productos ricos en este tipo de lípidos, como el pescado azul. Los peces son los únicos vertebrados que pueden sintetizar estos compuestos y por tanto la mejor forma de asegurarse este aporte es comer pescado prácticamente todos los días. Hace unos años, se utilizaba el aceite de pescado como complemento de piensos de las gallinas con el fin de enriquecer los huevos en DHA, pero tenía el inconveniente de que el producto tomaba el sabor a pescado y además se necesitaban una serie de procesos químicos y de refinamiento que encarecían notablemente la producción. Afortunadamente, una compañía estadounidense descubrió el tipo de alga que posee un alto contenido en DHA, y actualmente se utiliza como parte del pienso de las gallinas. Gracias a los avances tecnológicos, hoy día también se añaden estos ácidos grasos a galletas, margarinas, productos lácteos, patés de hígado de cerdo y salchichas de ave, además de huevos, (Figura 5.1). Pero al igual que sucede con todos los alimentos que poseen una cantidad mayor de determinados nutrientes, el abuso puede resultar perjudicial. De hecho, el exceso de DHA en el organismo puede provocar defectos en la coagulación de la sangre. La cantidad diaria recomendada de estos lípidos para la población adulta se sitúa en torno a 1,25 gramos (para los niños un poco más). En el caso de la leche, la legislación, al haber cambiado su composición respecto a la suya inicial, prohíbe aplicarle el nombre de leche. El producto que se comercializa está elaborado a partir de leche desnatada a la que se han incorporado, ácido oleico procedente del aceite de oliva, ácidos graso omega-3 (de origen marino) y vitamina E. Los ácidos grasos omega-3 y oleico que contiene el aceite de oliva, inciden positivamente en todos los factores de riesgo asociados a la patología cardiovascular. Mejoran el perfil lipídico elevando el colesterol bueno (HDL), reduciendo tanto el colesterol malo (LDL) como los triglicéridos, evitan la oxidación de las grasas que posteriormente dan lugar a la placa de ateroma y facilitan el funcionamiento del endotelio vascular y de la membrana celular.

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FIGURA 5.1. Diversos productos enriquecidos.

En definitiva, limpian las arterias y las mantienen flexibles, previniendo de esta forma el infarto y los accidentes cerebro-vasculares. Asimismo, reducen la presión arterial, mejoran la glucemia y ayudan a evitar la obesidad, factores que también elevan el riesgo coronario. Este tipo de alimentos será necesario para personas con riesgo de infarto por acúmulos de colesterol, pero por otra parte no deberá ser consumido por personas que no sean propensas a esta patología ya que comunicará una fluidez a la sangre que podría alterar el mecanismo de coagulación. Las dietas pobres en grasas saturadas y abundantes en lípidos monoinsaturados y del tipo omega-3 pueden ayudar también a prevenir tumores de mama, próstata y colon, según los datos de varios experimentos.

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Pan o maíz enriquecidos con lisina Los cambios de composición pueden hacerse para aumentar el valor biológico relativo del contenido proteico de un alimento, por ejemplo el caso del pan enriquecido con lisina. No todas las proteínas son igualmente útiles para alimentación humana, cada proteína tiene un valor biológico relativo (VBR) para la especie humana, que dependerá de la composición aminoacídica de sus cadenas. Las proteínas más eficaces para el hombre serán aquellas que contengan los mismos aminoácidos que los de las proteínas humanas y en similar porcentaje. La falta o escasez de algún aminoácido interrumpe la síntesis proteica y hace que no puedan ser utilizados los otros, disminuyendo así el valor biológico de la proteínas. Las proporciones relativas de aminoácidos requeridas por los niños lactantes se aproximan mucho a la composición aminoacídica de la leche humana y del huevo, por lo que se toma como estándar (100) para determinar el valor biológico de las otras. Las proteínas de la harina de trigo o maíz tienen un VBR bajo, (solo 60), debido a que son bajas en algunos aminoácidos limitantes, como la lisina o el tiptófano. En poblaciones cuya alimentación fundamental es el pan, un enriquecimiento del mismo con estos aminoácidos, contribuiría en gran medida a cubrir las necesidades proteicas de la población. Tratamiento alcalino de las proteína El tratamiento con álcalis aumenta también en muchos casos el valor biológico relativo (VBR) de las proteínas. Un ejemplo curioso del aprovechamiento de las proteinas del maíz, se describió en un estudio antropológico publicado por Katz et al. en la revista Science (184, 765, 1974). Estos investigadores llegan a la conclusión de que la supervivencia de algunas tribus precolombinas, se debe a que utilizaban para la elaboración de las tortillas de maíz, base de su alimentación, el maíz con un tratamiento térmico- alcalino. La preparación de este cereal se hacia en las tribus que sobrevivieron con el proceso conocido en Méjico con el nombre de nixtamalización, palabra india que derivada de nixtlique significa ceniza de cal y tamalli que significa masa de maíz. El proceso consistía en cocer los granos de maíz con agua y cal (1-3%) durante 30 minutos previamente al proceso de molienda y elaboración de la harina.

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El maíz nixtamalizado tiene un (VBR) superior al maíz crudo. En este último, el triptófano está en forma inaprovechable y las lisina y niacina se encuentran ligadas, por lo cual no se pueden aprovechar. Con el tratamiento se liberan la lisina y el triptófano y aumenta el (VBR). Además, al liberarse la niacina y el triptofano, su precursor natural, se evita la Pelagra, enfermedad que también se llama de las «3D»;porque produce: Dermatitis, Diarrea y Demencia. Esta enfermedad ha sido endémica en poblaciones de la península del Yucatán y algunas regiones de India y África.

5.3.

CONTRIBUCIÓN DE LA QUÍMICA A LA CREACIÓN DE NUEVOS ALIMENTOS

La aplicación de la química ha contribuido también a crear nuevos alimentos con ventaja económica sobre los naturales. Veamos solo algunos ejemplos: Grasas modificadas Las grasas son sólidas a temperatura ambiente debido a su constitución molecular fundamentalmente saturada, mientras que la presencia en los aceites de abundantes dobles enlaces hace que disminuya su punto de fusión. De este hecho se saca partido para trasformar aceites en grasa. Fue Hippolyte Mege-Moutries un químico francés, el primero que consiguió en 1900 esta trasformación, que hoy en día se hace continuamente a escala industrial, para obtener margarinas con el doble objetivo de producir una mantequilla barata y exenta de grasas animales. El sucedáneo de la mantequilla (margarina) se preparó removiendo aceites vegetales con gas hidrógeno en presencia de un catalizador de níquel a temperaturas entre 140 y 200 °C. La hidrogenación de los dobles enlaces de un aceite insaturado conducirá a su trasformación en una grasa saturada con punto de fusión más elevado y consistencia más sólida a temperatura ambiente. El aceite de palmiste o coco que ya son de consistencia semisólida a temperatura ambiente se endurecen fácilmente hasta la consistencia de la margarina con la hidrogenación total o parcial. Cada grasa tiene un determinado margen de fusión y en el estadio de transición entre su estado totalmente sólido o fundido contiene tanto

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componentes líquidos como sólidos. El contenido en sustancias sólidas (SFC) es un índice importante para cada una. Hay algunas que se mantienen parcialmente fundidas dentro de un mayor margen de temperaturas y son las que se utilizan para la fabricación de determinados tipos de margarina que aunque se queden largo tiempo en nevera, se conservan en perfectas condiciones para ser extendidas. Otras, con margen de fusión más limitado se utilizan en pastelería para rellenos cremosos y deben tener unas características determinadas; por una parte no deben aportar componentes oleosos al pastel ni poseer una consistencia demasiado blanda para que al manejar o comer el pastel se pueda escapar la crema y, por otra, deben entrar rápidamente en fusión con la temperatura del cuerpo para que se derritan sobre la lengua y liberen su buen aroma. Esto se consigue con aceites de palmiste o coco, de ahí, la gran demando que hay de ambos en el mercado. La fracción de cuerpos grasos sólidos puede aumentarse con hidrogenación total o parcial sin que por ello se eleve excesivamente el punto de fusión. En la etiqueta de ciertas margarinas, está indicando además de su origen, Aceites y grasas vegetales parcialmente deshidrogenadas, el porcentaje que tienen de ellas. Así, el contenido en grasa de la margarina light es del 40% y el de la normal 61%. Proteínas extruidas Las proteínas son el principio inmediato en los alimentos de mayor valor económico, sobre todo las proteínas de la carne y el pescado de estructura típica fibrosa. La producción de proteínas de carne en el mundo es sólo el 30% de la proteína total consumida, el restante 70% es proteína vegetal de estructura globular (50% de cereales y 20% de semillas oleaginosas); esta última con un coste de producción mucho menor. Por reacciones químicas de texturización es posible cambiar la estructura globular de las proteínas vegetales y trasformarlas en fibrosas, es decir se pueden trasformar proteínas caras en proteínas baratas. Se entiende por texturización el proceso mediante el cual se consigue el despliegue y desdoblamiento de la estructura terciaria de las proteínas vegetales de tipo globular para conseguir el alineamiento de las proteínas fibrosas.

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En la (Figura 5.2), se esquematiza la reacción de texturización o desnaturalización que tiene lugar en las proteínas de soja durante el proceso de fabricación de proteínas extruidas, las cuales se usan como sustitutivo de la carne por resultar mucho más económicas y con el mismo valor nutritivo.

FIGURA 5.2. Formación de cadenas fibrosas a partir de proteínas globulares de soja.

El primer paso es un desdoblamiento de las cadenas proteicas proteínas naturales que se consigue con la adición de un álcali o con un aumento de temperatura, seguido de un rearreglo de los grupos sulfhidrilo y disulfuro y finalmente la orientación longitudinal de las cadenas, debido a la acción de un ácido y a la fuerza mecánica que proporciona la extrusión. Surimi El pescado es otro ejemplo de proteínas caras, y, sin embargo, el consumo de pescado en el mundo podría duplicarse sin incrementar demasiado el precio en el caso de que se explotaran otros recursos; especies no habituales y pescado picado. Mucho está haciéndose al respecto pero podría hacerse mucho más, el surimi es un ejemplo de esta posibilidad. Surimi es una palabra japonesa que significa músculo picado y es como su nombre indica músculo de pescado, lavado, pasado a través de un tamiz añadiéndole aditivos y generalmente congelado. El surimi no es un alimento en sí, sino una base proteica que sirve para la fabricación de una serie de alimentos entre los que ocupa un lugar destacado los sucedáneos de marisco. Se vende en todo el mundo, principalmente comercializado por empresas japonesas, coreanas, tailandesas y chilenas. En España, a partir de él, se hacen patas de cangrejo rebozadas, filetes empanados, albóndigas y palitos de cangrejo entre otros, tal como vemos en la (Figura 5.3).

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FIGURA 5.3. Pasta de cangrejo rebozada, filetes empanados, albóndigas, palitos de cangrejo y otros sucedáneos de mariscos elaborados con Surimi.

Todo esto, son sólo algunos ejemplos, pero podrían darse muchos más, que prueban lo que la investigación, en este caso la química, puede hacer por la humanidad. Cerrar los ojos a sus avances es renunciar al progreso y creemos que los científicos actuales no solo tienen que investigar sino también comunicar y ayudar a conocer al publico en general la utilidad de los avances de la Ciencia. Queremos terminar con la misma frase con la que termina Henri Braconnot su libro Memoire sur le Caséum et sur la lait (1830), uno de los primeros publicados de Tecnología alimentaria. ...«Lo que he dicho prueba que la verdadera Ciencia es la que nos enseña a aumentar nuestro bienestar obteniendo el mejor partido de todos los bienes de la naturaleza»

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5.4.

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BIBLIOGRAFÍA

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ISBN: 978-84-362-5016-9

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9 788436 250169